航空相机大面阵CCD多自由度拼接方法研究

随着科学技术的进步,航空相机向着高分辨率、大视场方向发展,现有单片CCD 不能满足大视场的要求,高精度、多自由度的CCD拼接技术已成为当前发展的迫切需求.通过对比现有拼接技术的优劣,提出了一种新的大面阵CCD多自由度机械交错拼接技术,采用三点凸轮式多自由度拼接机构,取代传统修磨垫片方式,拼接时可在线实时调整.对拼接精度进行分析,结果表明,该方法的搭接误差 2m,共面误差 4m,满足航空相机大视场和高分辨率要求;对拼接结构进行模态仿真分析与模态测试实验,拼接机构一阶谐振频率大于390 Hz,满足使用要求.     

新型航空光学遥感器减振结构设计

设计了一套吊装式减振系统.通过建立减振系统的数学模型,分析各参数对减振系统性能的影响,归纳出了光学遥感器减振系统的设计原则,并提出了一种新型减振方案,进行了仿真分析与试验验证.对实验结果分析表明,遥感器的重心与减振系统的支撑中心比较匹配,减振系统在10～2 000 Hz频带的传递率为0.3.该减振结构适合在较小的安装空间下使用,可适应工作环境中宽频带、大幅值的随机振动要求,保证仪器的正常工作,提高了仪器成像质量,能够满足光学遥感器对准确定位安装与隔振的要求.     

多通道并行温度采集系统

为满足热控系统多点温度实时采集的需求,对多通道温度传感器的并行采集实现方案进行了深入研究.系统主控芯片采用FPGA,温度传感器选取单总线数字温度传感器,每个总线上分布有10个温度传感器,共计10组.详细分析了单总线温度传感器位操作时序及操作耗时,并给出了多通道并行操作代码设计.通过实体例化完成10通道100个温度传感器的数据采集.分析结果表明:采用该设计方案,可在873 491 μs时间内完成100个温度传感器的数据采集,满足热控系统温度数据时序采集要求.最后给出了系统硬件实现电路及实际采集结果.利用该设计框架,可在FPGA资源满足条件下扩充温度传感器通道数,方案更具灵活性.     

大角度倾斜成像航空相机对地目标定位

针对大角度倾斜成像航空相机拍摄距离远,激光测距设备作用距离有限的问题,提出了一种不依赖距离测量设备的直接对地目标定位算法。依据载机POS测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解目标在大地坐标系下的指向,再利用地球椭球模型和数字高程模型确定目标点的经纬度信息。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置姿态测量误差及相机框架角位置误差对视轴指向精度的影响,相比于仅采用地球椭球模型的目标定位算法,该算法有效降低了地形起伏对目标定位影响,在目标区域地形起伏标准差大于10m时,大角度倾斜成像的定位精度明显提高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度18 000m拍摄框架横滚角小于63°时,目标定位圆概率误差小于70m,可满足工程实际需要。     

符合国际标准的PVC耐压管材的开发

为了开发满足ISO 1452:2009要求的PVC耐压管材,以S-1000型PVC树脂为基础,研究了冲击改性剂、润滑剂以及稳定剂对管材性能的影响,并进行了工业化加工试验。试验得出的PVC耐压管材配方为S-1000,100份;有机锡稳定剂,0.7份; MBS,1.5份;硬脂酸钙,0.5份;加工改性剂,1.5份;碳酸钙,5份;石蜡,0.4份;PE蜡,0.4份;着色剂,适量。工业化加工试验表明:由于不同厂家的挤出设备、加工工艺不同,所生产的PVC管材的性能有较大差异。只有采用合适的挤出设备及加工工艺才能生产出符合ISO 1452:2009要求的PVC耐压管材。     

动态扫描拼接成像系统的多模控制

提出了凸轮驱动的线阵CCD像面动态扫描拼接方法以扩大遥感仪器的覆盖宽度,并对系统负载非平衡特性及其多模控制算法进行了分析.讨论了现有拼接方法的优缺点,进而引入凸轮驱动的动态扫描拼接方法.该方法采用电机和凸轮作执行机构,电机做匀速旋转运动,通过凸轮带动多个线阵CCD做往复直线运动,实现动态扫描拼接.为了提高CCD成像质量,从理论上对凸轮结构的特殊性、平台姿态角及相机方位角造成的系统负载非平衡特性进行了分析,结果表明:平台俯仰角对负载非平衡特性影响较小,可以忽略;当平台横滚角和相机位角之和非零时,负载力矩在凸轮升程段和回程段表现出不同的特性.针对凸轮升程段和回程段采用相同控制器时凸轮转速在两阶段存在转速降的情况,提出了变输入的多模控制方法,并进行了相关实验.结果表明:变输入的多模控制方法可有效消除凸轮转速在升程段和回程段存在的转速降,且在从动件匀速段的凸轮稳速精度达到0.48％.该方法简单、方便,易于工程实现.     

单DMD彩色视频显示系统的颜色控制

对单DMD彩色视频显示系统中的颜色控制方法及其实现进行了深入研究。在简要分析三种DMD投影系统及空间灰度调制法、时间灰度调制法优缺点的基础上,提出了一种单DMD彩色视频显示系统方案,并着重分析了基于脉冲选通灰度调制的颜色控制方法:将帧周期均分为R、G、B时间段,并将各时间段等比例划分为各个位时间段,依据相应颜色分量灰度值控制DMD微镜的状态。由于DMD接收的是视频图像各像素的位平面数据,对图像灰度值到位平面数据的格式转换进行了详细分析。最后,依据DMD工作特点,给出了DMD操作控制时序。整个方案切实可行,可为系统实现提供理论依据。     

一种新型航空光学遥感器减振结构

航空遥感器工作环境中存在宽频带、大幅值的随机振动，这种动力学环境严重地影响了航空光学遥感器的成像质量。因此设计一套良好的减振系统对于提高该遥感器的成像质量具有重要的意义。本文提出了一种新型的吊装式减振器结构，通过将遥感器以悬吊的方式安装，在达到良好的减振效果的情况下，解决了以往减振器压装方式对安装空间较大的问题。经过分析与试验证明，这种减振结构满足光学遥感器对减振系统的使用要求。     

大视场三线阵航空测绘相机光学系统设计

针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求,开展新型光学系统结构形式设计:首先,根据总体方案要求以及稳定平台安装特点,确定了单镜头的技术方案;接着,分析计算了光学系统各项指标参数,光学系统拉氏不变量达到9.5;然后,对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式;最后,设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好,在全色谱段内的Nyquist频率为100lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.36;分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%,在均匀温度0~40℃范围内,全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明,相机静态分辨率达到102lp/mm;飞行验证试验结果表明,相机摄影分辨率达到0.16m@2km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。     

航空遥感器姿态像移仿真分析

由于航空遥感器要求的分辨率愈来愈高,因此需要更为精确的像移补偿模型.本文针对拍照时飞机姿态角变化在遥感器像面处所引起的姿态像移,运用光线矢量与坐标系旋转相结合的方法建立遥感器姿态变化过程的数学模型.通过坐标系的旋转表示姿态的变化,根据遥感器姿态变化前后像面上各离散点的光线矢量之差,获得遥感器的姿态像移在像面上的大小与分布特征.运用该像移模型对遥感器姿态像移进行分析,提出减小姿态像移的工程措施.