标定型星模拟器设计与关键参数测试

为了完成高精度星敏感器关键参数的地面标定,研制单星指向误差优于3″、星间角距误差优于5″的标定型星模拟器。根据标定型星模拟器的工作原理,设计高精度的准直光学系统,从设计结果分析,光学系统有效视场为37°,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.1%,MTF达到衍射极限,可以实现对星点位置的准确模拟。提出单星指向、星间角距等关键参数的误差计算方法并进行测试,实验结果表明:设计的标定型星模拟器的成像精度符合设计指标要求,整个设备可以满足高精度星敏感器地面测试的使用需要。     

基于多CCD拼接相机测角精度检测

在研制大视场、高精度光电测量设备过程中,采用多块CCD拼接技术是重要手段之一.,在分析多CCD拼接相机结构理论基础上,提出了多CCD拼接相机系统测角精度检测方法.实验结果表明,利用该检测方法与修正方法能够显著提高该系统测量精度,该方法可行且对其它光电测量设备有参考价值.     

静态星模拟器设计与精度分析

为了实现对星敏感器进行的地面标定和精度测试,研制高精度静态星模拟器,要求模拟器的星间角距精度优于10″。利用激光直写技术制作星点分划板,将其作为核心显示器件来模拟星图,设计准直光学系统实现无穷远距离和角度模拟,并通过优化像差保证模拟星点的成像质量。同时,提出星点位置修正方法以改善由于焦距测不准和光学系统相差带来的星图模拟误差。实验结果表明:经过修正的星图,单星位置模拟精度优于10″,可以作为地面标定与测试装置,供星敏感器进行观测。     

一种序列CCD星图中运动目标别的稳健算法

运动星图背景下运动目标识别方法研究在天基光学空间目标探测方面具有重要意义.针对CCD(charge coupled device)星图的特点,采用阈值分割算法对原始星图进行预处理,利用基于连通域的算法完成对星点位置提取;提出了利用星点间角度信息确定目标位置的算法;对分辨率为768×576的序列CCD实拍星图的实验研究表明了该算法的有效性和稳定性.     

基于偏振技术的水下探测器光学系统设计

为了实现探测水下物体并区分材质的需求,研制了一套水下激光偏振探测设备,并设计出光学系统。偏振度是通过光学方法区分物体材质的重要参数之一,只要已知被测物体反射光的Stokes矢量,就可以求出偏振度。光学系统中共有两种方法来实现对Stokes矢量的测量:在焦面放置光电二极管直接测光强,或者放置CCD成像,通过分析图像灰度值得出光强信息。结合技术指标,在Zemax软件中运用小像差互补原理,优化设计了具有良好成像质量的光学系统。设计结果为焦距109.9mm,视场为5.2°,F数达到2.1,满足光学系统指标要求并且可以实现高精度的测量。系统仅使用5片球面透镜,结构简单紧凑,易于加工制造。将该光学设备加工出来,进行了简单的实验,证明了该光学系统的可行性。     

CCD光学系统成像畸变量与视场角的标定

为了解决CCD光学系统成像的畸变量与视场角标定的问题,以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型为基础,通过对影响精度的参数的测量和分析,提出一种不依赖于系统内部参数的畸变量与视场角的标定方法.实验测出视场角和相对应的畸变量,再运用拟合算法给出了视场角和畸变量的变化趋势.     

高精度静态星模拟器光学系统设计

为了实现对高精度星敏感器的地面测试,设计了一种高精度的静态星模拟器,要求星模拟器星间角距精度优于20″。采用激光直写技术刻划星点分划板,刻划精度优于1μm。结合系统的技术指标,通过ZEMAX软件设计了具有良好成像质量的准直光学系统。设计的准直光学系统有效通光口径为80mm,系统焦距为500mm,光谱范围为480~900nm,全视场9.2°内畸变小于0.02%,MTF接近衍射极限。提出用经纬仪对系统进行实际检测的方法,以及理论星间角距和实际星间角距的计算公式。     

大视场高精度紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器通过性能测试和精度标定,对紫外地球敏感器自身姿态测量的精度起决定性作用。结合静态紫外地球模拟器的组成与工作原理,分析并选取了七片透镜组作为初始结构;结合地球模拟器光学系统的技术要求,分析确定了畸变的像差容限,利用ZEMAX软件对静态紫外地球模拟器光学系统进行优化,并分别对40°和17.46°的视场角进行像质评价,经优化后的光学系统最大场曲约为0.12 mm,相对畸变小于0.25%,平行度误差优于9.4″,视场角为40°和视场角为17.46°时地球张角误差分别为0.016 391°和0.016 51°,对实现卫星高精度自主导航具有一定的现实意义。     

一种基于图像的光学系统测角精度检测方法

测角精度是光学系统的重要技术指标。针对传统的电子经纬仪测角精度检测方法测量数据少、扫描方向单一导致测量结果不准确,提出了一种改进的检测方法。调整电子经纬仪,使电子经纬仪发射的电十字通过光学系统成像在CCD视场中,旋转电子经纬仪以点阵形式,对光学系统各个方向进行扫描,计算机实时采集电十字图像。对采集的电十字图像,通过基于小波变换的变分Retinex算法增强图像对比度,采用OTSU阈值分割背景和目标,采用投影算法及二项式曲线拟合将电十字中心定位到亚像素级。对最终获取的电十字中心点阵数据通过径向基函数进行曲面插值,解算出基于整个CCD像面的测角精度。实验结果表明：该方法的测量精度达到0.1μrad,测得的光学系统测角精度提高了0.01mrad,检测的测角精度更加准确。     

激光测量技术在热态成品车轮尺寸测量中的应用

激光三角法测量原理是目前光学测量应用最广泛的方法之一。其原理是光源发生器发出结构光光源(一般为激光点光源)到被测工件的表面,通过光学系统成像到线阵CCD或面阵CCD上的位置,由几何三角关系,从像点在CCD上的位置即可计算得到工件的高度尺寸,再通过测量系统的测量运动(即扫描运动)得到工件的全部外形尺寸。着重介绍热态成品车轮激光检测装置的结构配置及其完成的主要功能。     

基于星模拟器综合误差的星点修正方法的研究

对静态星模拟器的工作原理及星点位置误差的计算方法进行了研究,提出了一种新的星点位置的修正方法。利用这种修正方法能够在现有基础上提高星模拟器的模拟精度,有效降低对静态星模拟器光学系统设计的要求,减小星模拟器综合误差对星模拟器精度的影响。通过实验证明,修正后的星点误差均优于10″,可用于高精度星敏感器的地面标定。     

基于GPS授时的电影经纬仪野外拍星精度鉴定方法的研究

本文介绍了电影经纬仪拍星精度鉴定的原理及方法,提出了采用基于GPS授时,通过修正形成天文时的方法,以及开发拍星软件,研制出野外联试标校检测仪,实现了外场对电影经纬仪的精度鉴定的自动化。并着重探讨了影响精度鉴定的有关问题。该精度鉴定方法同样适用于其它光电经纬仪的外场标校。     

高精度星模拟器光机系统与支撑结构设计及其模态分析

高精度星模拟器作为高精度星敏感器地面标定系统,随着近年来我国深空光学导航技术的发展,得到了广泛的应用。光机系统作为高精度星模拟器的核心部件,其镜筒结构设计是否合理、材料选择是否正确,直接影响高精度星模拟器的标定精度。本文根据高精度星模拟器光学系统给定的光学尺寸、装调要求,建立光学系统结构的三维仿真模型,并应用有限元ANSYS软件进行模态分析,最终结果证明了光机结构设计的合理性,满足高精度星模拟器设计要求。     

光学瞄具三轴一致性检测系统研究

针对光学瞄具三轴一致性参数对其性能产生的影响,设计一套采用离轴抛物镜、两块分光镜及高精度CCD相机等关键技术,实现光学瞄具白光瞄准轴、红外瞄准轴、激光发射轴三轴一致性检测的系统。分析系统成像光路,建立了三轴一致性的数学计算模型,对检测方法中误差因素进行测量、分析,最后采用精度为0.5″的自准直经纬仪对检测系统进行标定,实验结果表明,检测系统测量误差〈3″。     

载体运动对星敏感器星点光斑定位的影响分析

为研究载体运动对星敏感器测量精度的影响,首先,根据星点光斑细分定位算法,对星点光斑质心提取的误差来源进行了分析;然后,根据光学成像原理,分别建立了由载体角运动和振动运动造成的星点光斑变形的数学模型,并利用质心法对发生变形的星点光斑造成的定位误差进行了分析;最后,对由载体的角运动和振动造成的星点光斑定位误差进行了仿真验证。仿真结果表明,载体角运动造成的星点光斑定位误差随角速度的增大而增大;载体振动造成的星点光斑定位误差随着振动频率的增大呈现振荡衰减的趋势,与振动振幅成近似线性增长的关系。