折反式坦克目标跟踪识别红外光学系统设计

基于光学相关探测,根据坦克目标跟踪识别系统的需求,设计了一种新型的卡塞格林红外光学系统,其非球面的主镜和次镜都取代为球面镜,不存在卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调困难的问题;为满足大视场、大孔径的像差要求,用三个校正透镜,在保护罩中用一个偶次非球面.其系统结构紧凑,口径大,焦距长,分辨率高,并且各视场均能获得接近衍射极限的成像质量,满足坦克目标跟踪识别系统的总体要求和像质的要求.     

空间红外光学系统技术综述

红外光学系统用于探测目标自身辐射,可昼夜工作。随着空间技术的飞速发展,对空间分辨力以及对观测目标覆盖面积的要求越来越高,大口径大视场的空间红外光学系统在空间对地以及对其它星球遥感观测中广泛应用。介绍了大口径大视场空间红外光学系统的几种结构形式及其优缺点和发展趋势。     

无合作目标测距的回波接收系统设计与分析

对于调频连续波无合作目标测距来说,回波接收系统是其光学系统中重要的组成部分,其接收特性也影响着系统的测距精度。为对其进行设计与分析,利用光学设计软件对以卡塞格林望远镜与多模光纤为主体的接收系统进行了建模,通过像差与光接收效率的分析与优化确定系统选用的卡塞格林望远镜的参数。建立待测物后向散射的高斯散射模型,并搭建完整的接收光路进行实验,定量分析了不同情况下系统的接收功率,并研究了接收效率、聚焦位置等与待测物的距离和表面散射之间的规律。研究结果表明,对于相同的加工方式的样块,系统接收功率与粗糙度、待测物距离成负相关规律,系统聚焦距离与粗糙度、待测物距离呈正相关规律。     

新型轻质大口径空间反射镜支撑设计

摘要：随着空间反射镜口径的增大,光学系统总质量随之剧增,这与当前光学遥感器轻小型化的发展趋势相矛盾。为了更好的满足空间光学遥感器发展的需要,文章从主反射镜组件的轻质化设计入手,从结构材料热匹配的设计、主镜轻量化形式的确定以及支撑结构的合理设计三个角度系统地进行了一体化结构—热设计。针对某型卡塞格林系统Φ630mm口径主镜进行了轻质化设计,三点为主多点为辅的支撑方案在保持组件结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性。在综合考虑加工和工作状态后,最终确定了一种满足设计要求的整体优选方案,经最终分析计算确认,主镜组件镜面综合面形误差PV值均小于λ/10,各项指标完全满足光学系统对主反射镜的设计要求。     

大口径红外光学系统透过率测量装置

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于待测红外光学系统的入光口,采集被测系统的辐射图像;接着,将黑体放置于红外热像仪前,采集黑体辐射图像;最后,分别计算被测系统辐射图像均值和黑体辐射图像均值,二者比值即为被测系统的透过率。以某型大口径红外光学系统作为被测系统,开展了红外透过率测量实验。实验结果标明：本文方法测量值与设计值的绝对误差为0.85%,对测量结果不确定度进行分析,测量精度约为1.04%,测量方法可行。此方法测量过程简单,为大口径红外光学系统的整机性能评估提供了有效手段。     

单光子激光与中波红外共口径探测光学系统

为了实现对远距离民航飞机目标的探测、跟踪和测距,设计并研制了一套单光子激光与中波红外共口径探测光学系统.阐述了激光/红外共口径探测系统的工作原理和单光子激光测距原理,对目标辐射特性、系统作用距离及口径等进行了分析.采用R-C光学系统型式,通过次镜进行分色,实现激光和中波红外双波段光学系统的汇聚光路分色设计.在单光子激光...     

空间成像与激光通信共口径光学系统设计

针对空间成像系统与激光通信天线同时需要大口径光学系统而使卫星载荷质量增大的问题,提出了一种成像光学系统与收发合一激光通信天线共口径工作的新型光学系统。从像差理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分、成像和通信工作在不同视场的共口径光学系统初始结构设计方法。实际设计了共口径光学系统,该系统口径为600mm,次镜遮拦比为0.225,成像系统的传递函数在50lp/mm时大于0.47,接近衍射极限;发射分系统波像差远小于λ/20,发射激光的最小束散角可达4μrad,出射光斑质量良好;接收系统达到衍射极限,光斑远小于探测端面,满足探测要求。最后,进行了公差分析,给出了光学系统的装调方法。该设计通过共用主次镜减少了系统总质量和总体积,同时满足空间成像和激光通信系统的性能要求。     

一种反射／折射／谐衍射三波段混合成像系统设计

综合使用反射/折射/谐衍射光学元件构建混合光学系统,实现可见、中波红外与长波红外三个波段的融合成像。利用卡塞格林系统主镜作为三波段共同通光孔径,次镜实现可见与红外波段分离;采用谐衍射光学元件与舒普曼结构实现一种材料消除红外系统色差;通过二次成像实现红外波段100%冷光阑效率,简化结构,成像质量接近衍射极限。     

新型光学结构的光电测距仪

本篇文章介绍一种新型光学系统的光电测距仪。一般来讲,为了实现仪器的小型化,光电测距仪大部分是同轴布置发射光学系统和接收光学系统的。由于反射光强比发射光强弱得多,故使用大口径的接收透镜(物镜),因此发射光学系统通常是同轴布置在物镜筒里面。但是,要求光电测距仪具有较长测程和直接测距功能、(测站不设置反射器)时,就必须增加发射系统的光源功率,还要提高接收元件的灵敏度。若增加发射光源的功率,则因物镜里面和镜筒内壁等发射光在仪器内反射,成为微弱的杂散光,由接收元件所接收,使测量值产生较大误差。若提高接收元件的灵敏度,则接收元件容易受来自发光源的电感应影     

宽光谱多传感器轴一致性检测系统设计

光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标,为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题,本文结合光路切换和光热转换的思想,设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统;通过步进电机的驱动,带动导轨上方反光镜位置移动,实现系统光路的切换;采用镀有硫化铜的锗玻璃,作为光热转换靶材,将短波长的光斑转换为热斑,采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4～14μm波段光谱范围的检测;对光学系统进行像质评价分析,可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑（Root mean square, RMS）直径均在9μm以下,能量集中度较好;对系统检测精度进行分析,最大测量误差为0.1 mrad;通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验,对系统可靠性进行验证,结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑,适用波谱范围广,能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。     

基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统

为了提高环境气体监测精度,降低设备维护成本需求,设计了一种多组分气体同时或近同时在线检测系统。该系统基于TDLAS技术采用DFB可调谐激光测量气体浓度,能够实现760 nm O_2和2 326 nm CO混合气体同时在线监测。设计发射单元、接收单元等模块,分析TDLAS可调谐激光检测、PID温度控制、锁相检测原理。结合火电厂烟道氧量浓度测试,对系统进行了验证。实验结果表明:与传统的工业气体测量装置相比,该系统能获得更高的精度、更快的响应速度以及良好的稳定性,适应恶劣环境能力强,具有较好的实用性及可行性。     

空间相机主支撑结构拓扑优化设计

针对目前空间相机主支撑结构设计中难于同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用拓扑优化方法对空间相机光学系统主支撑结构进行优化设计的方案,并采用有限元分析法对两种空间相机主支撑结构优化设计的结果进行了检验。对卡塞格林光学系统和TMA光学系统主支撑结构进行拓扑优化后做了比较,卡塞格林光学系统主支撑结构一阶固有频率从41 Hz提高到72 Hz,重量降低了15%;TMA光学系统主支撑结构在一阶固有频率不降低的情况下,重量降低了35% 。结果表明,采用拓扑优化设计方法缩短了设计周期,提高了空间相机主支撑结构的性能,有效降低了支撑结构重量,满足了系统设计要求。     

复合光学导航敏感器

针对单波段导航敏感器通常只能获取目标某一方面的信息,所获信息量少、识别率低的问题,提出一种共用孔径、多波段光学导航敏感器的设计。从光焦度分配理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分,工作在不同视场的共口径光学系统的初始结构设计。可见光、红外和激光三个通道共用一个Ritchey-Chretien系统,实现大口径的设计要求。为了实现可见光成像、红外成像与激光雷达探测功能,在次镜表面镀制选择性透过光学薄膜,将激光雷达的接收部分与成像系统分开。通过棱镜将Ritchey-Chretien系统的反射光路分为两路,一路成像于可见光探测器,一路成像于非制冷型长波红外探测器。设计结果表明,可见光系统在90lp/mm的MTF大于0.4,红外系统在14.7lp/mm的MTF大于0.4,成像系统的传递函数接近衍射极限;激光接收系统在距离探测器质心30μm处的能量接收高达90%,在-20～40℃成像质量良好。     

基于多普勒效应的超声波测振系统设计

连续超声波束遇到振动物体表面会产生多普勒效应,文中据此设计了超声波测振系统,其主要由超声波发射接收模块、数据采集和信号处理模块等组成。发射探头发出超声波后,接收探头获得由振动物体表面反射的超声波信号,通过数据采集卡转换为数字信号,再采用微分鉴相方法获取原振动信号,实现物体的振动测量。最后,对该超声波测振系统进行了实验,结果证实了该超声波测振系统的有效性。     

中红外大气甲烷乙烷双组分气体的同步移动监测

为了实现大范围、长距离的大气烷烃气体检测,将研制的中红外双组分甲烷、乙烷传感器以车载方式,对某一地区的大气甲、乙烷含量进行了移动探测。该传感器系统采用中红外室温连续的带间级联激光器(ICL)作为光源,采用高速数据采集卡采集信号,利用上位机LabVIEW平台编写程序产生激光器扫描及调制信号、获取探测器信号并提取二次谐波,通过计算,确定大气烷烃气体浓度。根据气体采样时间、实时风速及车速,计算得到系统的响应时间为82.5s,实验测量为85~95s,与理论一致。对系统噪声水平进行测试,实验室中甲烷浓度波动为±40nL/L,乙烷波动为±2nL/L,车载过程甲烷浓度波动为+40至-80nL/L,乙烷波动为±4nL/L。为验证传感器性能,与美国Aeries公司的商用传感器结果做了对比,二者呈现较好的一致性。最后,给出了车载传感器系统在某条线路上的甲烷、乙烷浓度移动探测结果,以及某小区甲烷、乙烷浓度的二维分布测绘结果,分析了二种烷烃气体的变化关系。本文所开展的工作为探测烷烃气体泄漏并监测大气质量提供了技术保障。     

基于LabVIEW的三维扫描激光气体遥测监测系统设计

针对目前用于天然气突发泄漏的三维扫描激光气体遥测系统遥测距离短、探测精度低、系统软件功能简单、集成度低、通用性差等问题,设计了一种基于LabVIEW的三维扫描激光气体遥测监测系统。该系统由三维扫描激光气体遥测仪和监测系统软件组成,监测系统软件采用LabVIEW平台进行搭建,应用并行编程技术,构建了视频、云台控制和激光气体遥测等模块,实现了对三维扫描激光气体遥测仪的远程控制和视频、气体浓度等数据的实时采集、显示、分析、存储和历史数据查询。通过实际环境模拟甲烷泄漏气团测试,结果表明系统测量相对误差在±5%范围之内,具有误差允许范围内的一致性,完全可应用于实际燃气管道和燃气场站等场所天然气突发泄漏的实时在线、非接触、远距离和高精度三维扫描遥测。     

基于单片机和nRF905SE的无线射频收发模块的系统设计

应用STC89C52RC单片机和nRF905SE无线射频器,设计了一种无线数据传输系统,该系统由发射模块和接收模块组成。实验表明,根据系统所设计的发射模块能够将上位机传输过来的数据经单片机处理后,通过nRF905SE发送出去。在接收模块中,nRF905SE则将数据正确接收后通过数码管显示出来,从而实现无线通信。     

应用内外定标修正实现红外测量系统辐射定标

由于现有的大口径短波红外测量系统的辐射定标需要制备大口径红外平行光管,不仅机动性差且成本较高,故提出了一种基于内、外定标修正的辐射定标新方法。该方法将一个中、高温腔型黑体置于红外系统内部,通过切换反射镜,将中、高温腔型黑体辐射引入红外光学系统,并对部分光路进行中、高温段的内定标。然后,使用大面源黑体对全系统进行中温段的外定标;提取并处理公共温度范围的内、外定标数据以获取内、外定标之间的修正系数。最后,对中、高温段的内定标数据进行修正从而获取全系统的辐射定标数据。使用该方法对某Φ400mm口径的红外测量系统进行了辐射定标,并根据定标结果反演了黑体的辐射亮度和温度。结果显示:辐射亮度反演的最大误差为1.67%,温度反演的最大误差为1.02℃。实验结果证明了该方法可以准确、有效地对大口径短波红外测量系统进行辐射定标。     

虚拟仪器技术超声波测距实现

基于数据采集卡和LabVIEW的虚拟仪器技术,采用超声波发射/接收模块,对发射波和回波脉冲信号进行采集和处理,根据超声波发射波与回波特征和采用可变阈值等较简单的方法,确定较准确的发射与回波时间点,获得较高的测距精度和测量稳定性,系统构造简单、算法简便。     

基于FPGA的红外雷达寻源跟随小车

文章的设计是以FPGA的逻辑控制模块为系统核心。在对步进电机的细分驱动控制进行研究的基础上,将步进电机细分驱动应用于新的场合——红外源的搜索定位。该设计的FPGA模块中,包含了时钟预处理子模块、步进电机细分驱动子模块和信号处理子模块;该模块能够实现对雷达的转速控制,也能够分析信号接收时的外部红外源角度状态信息。在外围电路的设计上,配置了步进电机的驱动模块、红外信号接收模块和直流电机的驱动模块。整个系统能够很好地完成对红外源的搜寻和跟随。