一种新型调焦机构设计

设计了一种用于空间光学遥感器的调焦结构,结构采用正反螺旋的丝杠、双螺母和双连杆,弥补了传统调焦机构的不足。机构精度为0.0021~0.0029mm。工程分析结果表明,该机构动态刚度好、环境适应性强,适合在空间光学遥感器中使用。     

光电探测器调焦机构的设计与精度分析

光电探测器在对目标进行跟踪捕获的过程中,如果调焦不当,会使成像点分散,导致CCD相机成像不清晰。要保证对运动目标的清晰成像,调焦机构必不可少。针对探测器对调焦机构的技术指标及要求,在分析传统调焦方式及调焦机构设计的基础之上,设计了一种密珠轴系调焦机构,最终加工出来的外形尺寸为200mm×200mm×140mm。通过理论计算对其做了力学分析和精度分析,在工作频率内进行了振动实验,最后通过0.2″自准值平行光管对其进行了晃动精度检测。实验结果表明:该调焦机构具有结构紧凑、刚度高等特点,在工作频率范围内能够良好地运作,晃动精度≤2″,满足探测器调焦系统的设计要求。     

双波段航空相机红外调焦机构的设计

为了补偿双波段航空相机在复杂环境下产生的离焦,设计了一套调焦机构。该调焦机构通过采用蜗轮蜗杆和偏心凸轮的传动方式,将凸轮的旋转运动转化为调焦镜的直线运动,解决了离焦问题。该机构具有传动比大、运行平稳,结构紧凑,抗振、抗冲击,可实现自锁以及模块化等优点。通过计算可知,该机构的调焦镜的位移精度为0.0026mm,满足使用要求。仿真分析结果表明,该方法具有可行性。     

机载航空侦察相机调焦机构设计

本文针对一种机载和航空侦察相机,研究了导致航空相机焦面偏离的各种原因,指出温度、大气压力变化和照相距离的变化,是导致相机离焦的主要原因。通过对该原因的分析、研究,确定了自动调焦系统方案,设计了一套原理简单、结构可靠的调焦机构。对该调焦机构进行精度分析并进行了相关的试验。试验结果表明,该调焦机构设计合理可行。     

基于光电编码器的空间相机调焦控制系统设计

为了确保空间遥感相机的成像质量,设计了采用光电编码器的输出值作为线位移反馈量实现闭环控制的调焦控制系统.从保证航天航空设备安全性、可靠性、高精度、高抗干扰能力出发,介绍了反馈装置的选取原则,阐述了调焦控制系统的构成,给出了调焦控制系统的硬件及软件实现,并对调焦控制系统的精度进行了实验分析.本调焦控制系统在航天相机中的应用试验表明:应用光电编码器的角度量输出值作为反馈量形成闭环控制的调焦控制系统,减少了由于步进电机和机械传动结构本身造成的调焦误差,具有较高的调焦精度,满足总体设计的像平面位置控制精度为±2个光电编码器码值的要求.

Abstract：

In order to insure the imaging quality of space remote-sensing camera, put forward is the focusing control system which adopts the output value of photoelectric encoder as line displacement feedback to realize closed loop control. Based on the ensurence of safety, reliability, high precision and high resistance of the spaceborne equipments, selecting principles of feedback equipment are introduced; the composition of the focusing control system is expounded, and its hardware and software are presented, and the precision of this system is analyzed. This system has been applied in the some spaceborne camera, and the experiment shows that: as it decreases the focusing error caused by the step motor and mechanical transmission structure, this focusing control system owns a high focusing precision and satisfies the designed requirement that the control precision of image plane is 2 code value of photoelectric encoder.     

轻小型空间遥感相机精密调焦机构设计与试验

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时,由于大气压力、温度、力学环境等的变化,导致焦面离焦。为了满足成像质量要求,相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求,设计了一套调焦范围3 mm的像面移动式调焦机构,质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性,防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器（16位）实时反馈靶面的位置信息,以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明:调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz,可以有效地避免共振现象;CMOS靶面的直线性精度优于20,定位精度优于4.2 m,满足调焦精度要求;焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性,满足了空间遥感相机的成像质量要求。     

直线电机驱动的经纬仪调焦机构设计

传统的凸轮调焦机构和丝杆丝母调焦机构存在结构复杂;加工、装调难度大;在传动链中引入齿轮传动,不可避免的会产生空回现象,进而导致整个机构存在传动效率低、响应速度慢、重复定位精度差等问题。为了弥补传统调焦机构的不足,设计了一种直线电机驱动的调焦机构,给出了新调焦机构的设计计算过程。直线电机驱动的调焦机构已成功应用于光电经纬仪中。实验证明,该机构的重复定位精度〈0.004mm,优于传统的调焦机构。     

新型航空相机自动调焦系统的设计

根据航空摄影侦察高机动性的特点和调焦精度要求,提出了数据采集与计算的自动调焦方法.分析了航空摄影时大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响,给出了计算相机离焦量的简易数学方程,介绍了新型航空相机自动调焦系统的设计原理和基本组成,完成了系统的硬件电路和软件流程设计.光学测试和实际应用证明:这种控制技术不仅实用可...     

空间光学遥感器精密次镜调整机构设计及试验

随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高,长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题,次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合,设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路,然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述,最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明,该套精密调整机构实测调整行程大于±120μm,轴向调整步距精度0.18μm (3σ值),调整行程内次镜的最大平移误差为1.30μm,最大倾斜误差为1.93″,具有调整范围宽、调整精度高的特点,满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求,已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。     

光学遥感器偏流调焦控制单元集成仿真测试系统

为了实时监测空间光学遥感器偏流调焦机构控制单元的工作状态,测试其性能及可靠性,设计了一种集偏流与调焦控制单元仿真测试于一体的系统。该系统并行采集控制单元的多路控制信号,基于频率检测和幅值检测的模型应用FPGA进行逻辑分析,提取控制信号的频率、幅值、转向等检测信息和编码器反馈信息;检测信息通过PCI总线传输给计算机存储和显示,闭环控制反馈信息发送给控制单元。经过信号采集实验表明:该系统能够并行采集与处理工作频率1kHz、控制电压12V的8路控制信号,由计算机实时显示各路信号的工作参数及状态,满足实时监测控制单元工作状态的需要。     

光电位置传感器在高精度太阳自动对准中的应用

分析了目前太阳跟踪方式中存在的问题,为进一步提高太阳跟踪精度和利用率,设计了基于光电位置传感器的太阳追光系统;设计了跟踪装置,达到了跟踪的稳定性;跟踪策略上采用光电跟踪与视日跟踪相结合,实现了全天候自动跟踪。经试验表明:该方法简单,跟踪精度高,稳定性好。     

高空环境对航空遥感器光学窗口的影响

为提高航空遥感器光学窗口的光学性能,从空气动力学环境和大气环境两个方面分析了高空环境对光学窗口的影响。根据空气动力学原理,计算出飞行马赫数和雷诺数,以确定光学窗口所处的飞行环境;依据纵掠平壁理论,计算出光学窗口外表面的平均对流换热系数,仿真光学窗口温度分布,分析了轴向温差对光学窗口的影响。分析高空大气环境下光学窗口玻璃出现结霜原因及影响,并提出预防结霜的解决方案。最后针对某航空遥感器光学窗口进行飞行试验,结果表明分析的结论正确,提出的解决方案合理可靠,可为其他航空光学窗口设计提供依据。     

一种用于电池管理的高精度电流传感器设计与实现

提出了一种适用于电池供电设备管理的高精度电流传感器。该电流传感器使用SCΔΣADC对10mΩ芯片上金属分流电阻上的比例电压降落进行模数转换。动态带隙基准电路提供了ADC的基准电压,并且检测了分流器温度补偿方案所需的分流器温度。利用相关双采样（CDS）、系统级斩波以及低漏电前端设计使ADC变得更加精确,利用斩波、动态原件匹配（DEM）以及单一室温调节有效抑制了动态带隙基准电路中的误差源。该电流传感器采用标准0.13 μm CMOS工艺制成,面积为1.15mm2,在1.5 V电压条件下电流损耗为55 μA。测量结果显示,相比传统的电流传感器,提出的电流传感器在-5 A至+5 A的电流范围以及-50℃至+85℃的温度范围内,最大偏差为16 μA,最大增益误差为±0.3%,精确度得到了显著提升。     

航空红外相机自动调焦设计

为克服恶劣复杂的航空环境给系统带来的失焦现象,系统中引入自动调焦模块。通过采集、分析不同程度失焦的中波红外图像序列,对空域内几种调焦评价函数的灵敏度、无偏性、稳定性、计算速度等指标进行测试和验证,最终得到适合于红外成像自动调焦系统的调焦评价函数。为了提高该调焦评价函数的信噪比,提出了一种基于图像预处理的信噪比改善算法,保证函数在正焦面两侧呈单调性。最终制定出粗细结合的快速爬山搜索策略,先以大步距进行粗略调焦缩短时间,再用低于半倍焦深的小歩距精细调焦保证精度。基于640×512中波制冷探测器,搭建了一个焦距为300 mm、F/2的卡塞格伦折反式红外光学系统。试验结果表明该自动调焦模块可以保证实时性和准确性,满足具有较大噪声的红外成像系统的需要。     

高精度透射式光电定心仪的研究

针对目前定心仪产品精度不高、结构复杂且形式单一的现状,在对传统透镜表面反射像定心法、球心自准像定心法和光学电视定心法的不足进行分析的基础上,提出了一种高精度透射式光电定心仪研究方法。系统采用激光为光源,设计了扩束准直系统,使入射到待测透镜上的为发散角极小的平行光;利用位置敏感探测器PSD测量经过待测透镜会聚的光斑重心坐标,来判断是否实现精确定心。该定心仪结构简单、测量方便,可在测量范围+∞≥R≥-∞内,达到1 μm的定心精度,在透镜加工领域具有很广阔的发展前景。     

钢丝绳传动在航空光学遥感器上的应用

针对某航空光学遥感器扫描组件和消旋组件需以高精度同步旋转的要求,提出一种通过双电机驱动,采用独立的位置环和速度环控制的钢丝绳精密传动方法。首先,详细介绍了钢丝绳精密传动的结构形式和控制方法,并简要分析了钢丝绳的传动刚度,最后,通过实验对钢丝绳精密传动的精度进行测试,同时分析了预紧力和负载力对精度的影响。实验结果表明:本钢丝绳精密传动系统实现了扫描组件和消旋组件旋转同步精度0.03°,旋转速度为5°/s时稳速精度达1.5%,满足设计要求。实验结果验证了本钢丝绳精密传动应用方法的可行性,为钢丝绳精密传动在航空光学遥感器上的应用提供了一种新的方法。