基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正

针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。     

便携式激光通信系统视场角检测装置的设计

为了解决便携式激光通信视场角测量范围小、要求精度高、测量难度大的问题, 采用计算指定通信距离下的链路能量作为视场角测量依据，提出了一种基于便携式激光通信视场角测量的方法和装置，并在此方案设计的高精度测量装置基础上进行了实际试验测量。结果表明，探测器灵敏度为-30dBm时，在1km, 2km, 3km, 4km处测得的激光通信接收视场角分别为1.12mrad, 0.94mrad, 0.87mrad和0.63mrad。该测试方法和装置能够精确测量便携式激光通信的视场角范围，测试装置可以扩展应用于不同领域的小视场高精度测量。     

线阵多传感器光轴平行度检校系统研究

多传感器光轴平行度检校是保证线阵主被动成像载荷高精度获取地物多源数据的重要环节.设计了一种适用于该类型载荷的光轴平行度检校系统.该系统基于大口径平行光管结合辅助激光光源的方法,利用图像采集系统获得光斑中心以实现多元线阵激光收发光轴对准;同时,使用可见光线光源引出激光光轴,最终完成线阵可见光光轴与激光光轴之间的平行度检校.该系统能够实现多线阵传感器的主动探测收发光轴及主被动光轴的平行度检校,具有良好的通用性和可扩展性.     

长波红外双视场扫描型光学系统

介绍了一种长波红外双视场扫描型光学系统。描述了扫描型双视场光学系统的设计模型,利用摆镜扫描实现视场扩展,采用光路中径向切入镜组实现变倍比为2.5倍的双视场设计,其F数为1.67,摆镜扫描角度为±6.5°。光学系统采用Ge、ZnS两种红外材料,使用非球面技术很好地校正了系统像差,传函接近衍射极限,在-40～+60℃环境温度范围内系统具有良好的成像质量,可用于机载或车载光电系统。     

激光主动/红外共口径复合成像光学系统设计

提出了一种适用于弹载环境的主动激光成像/红外成像同轴共口径复合光学系统设计方案,设计完成了能够实现大视场扫描且具有优良成像质量的共口径复合光学系统。该系统采用了半角扫描机构在俯仰和偏航方向实现±15°扫描视场,并在-50℃~50℃温度范围内全视场成像质量接近衍射极限。     

应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法

介绍了一种可扩展视场红外光学系统的工作原理,针对系统初始化后由于楔形镜装配误差引起的视场偏差对成像的影响,设计了一种校正该光学系统视场偏差的红外成像测量方法。通过计算机视觉技术在目标运动轨迹测量中的应用,把该技术与红外成像系统进行结合;用红外成像系统对运动目标成像,将目标的运动轨迹视为序列离散点,利用计算机视觉技术对这些离散点进行轨迹检测,并采集这些目标连续运动过程中的离散点图像。后期通过对采集的目标运动轨迹原始图像进行像图像处理,运用编程仿真构造目标的实际运动轨迹,最终完成了可扩展视场红外光学系统视场偏差的校正。结果表明,基于计算机视觉技术的红外成像测量方法能够很好地实现运动目标的轨迹测量。     

基于摆停模式的航空大视场面阵热成像技术

针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题,研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪,实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 m K(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型,较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.     

激光/红外双模环形孔径导引头光学系统设计

为了实现激光/红外双模导引头成像系统的小型化,简化光学系统结构,设计了四次反射的双模共光路环形孔径超薄成像系统,研究了该系统的分光路设计原理,给出了遮拦比与视场角的关系,实现了仅有单一光学元件的长波红外7.7～9.5μm和激光1.064μm双模导引头成像系统。双模环形孔径系统在长波红外波段的焦距为70 mm、等效F数为1.3、全视场为8°、空间频率为41.7 lp/mm时各视场MTF值均大于0.136。双模环形孔径系统在激光波长的焦距为53.8 mm、等效F数为1、全视场为10°、全视场范围内的光斑分布均匀。在环境温度范围为-40～80℃时,长波红外波段各视场MTF值均大于0.13,激光波长的弥散斑形状和能量分布基本不变,实现了光学被动无热化。通过公差分析可知双模环形孔径系统具备可加工性。     

单透镜移动的红外双视场光学系统设计

结构简单、视场变化范围大的红外双视场系统在红外领域中的应用越来越广泛.采用折衍混合系统设计了具有大变倍比的红外双视场光学系统.该系统的主要参数为:波段3.7～4.8 μm,变倍比为10:1,F数为4,双视场分别为0.6°×1.7°和5.4°×15.9°,透镜总数为6片.系统的透镜数量少,成像质量高,移动单个透镜实现视场的转换,系统结构简单.     

共孔径红外/激光双模成像导引头系统研究

针对巡航导弹以及各种对地攻击的灵巧炸弹的末制导段．提出了一种共孔径红外／脉冲激光（IR／Ladar）双模成像导引头系统设计方案,可用于对地面固定目标和各种可重定位（Relocatable）目标进行精确地识别和跟踪。该系统采用了被动红外和主动脉冲激光两种成像模式．以被动红外成像来辅助导引头对目标的搜索和捕获．以主动激光雷达成像来完成对目标的精确识别和跟踪．并且被动红外与主动激光成像系统共用一套光学系统,这样既满足目标搜索和捕获阶段的大探测视场的要求,又满足了目标识别跟踪阶段的高分辨率要求。     

一种可用于激光周视探测的发射光学系统设计

为了改善大功率半导体激光器快轴和慢轴两个方向光束质量极不均衡这一光束特性,基于几何光学的折射原理,经过理论分析和软件模拟实验设计了一套发射光学系统,采用柱面镜改变快轴和慢轴的发散度,使输出光束在子午方向上以窄视场发射,在弧矢方向上覆盖±30°的视场,并加入特殊结构的棱镜混光,得到目标区域内能量分布均匀性大于75%的窄带状光束,能量利用率达80%以上。结果表明,单套发射系统可以完成工作距离15m以内的±30°视场探测,6套发射系统构成360°视场完成周视探测。这一结果对于提高激光主动探测的精度和增大其使用范围是有帮助的。     

宽光谱光电系统多光轴平行性工程化测试方法研究

针对宽光谱光电系统多光轴平行性的工程化测试要求,设计一套光轴平行性测试的系统和方法。该系统采用离轴非球面折叠光路,设计出口径120 mm,焦距720 mm的平行光管,实现了轻量便携。采用模块化设计、多靶标集成技术,实现在同一光学系统里对红外、可见光、激光的光轴平行性测试。采用图像处理和自动控制技术实现多光轴平行性的定量检测,测量误差控制在0.1 mrad以内。经与CI测试系统对比测试,结果表明:光轴平行性测试一致性好,准确度高,具有工程化应用价值。     

定向棱镜谐振腔的特性研究

采用定向棱镜谐振腔在固体激光器上获得了腔镜允许失调角为± 2 0°的高抗失调稳定性和远场发散角小于 1.6 mrad,光场模式为低阶模的高光束质量的激光输出 ,并对谐振腔的特性进行了理论分析。     

中波和长波红外双波段消热差光学系统设计

为了有效提高目标的红外探测与识别能力,设计了能同时对高温和常温目标成像的中波和长波红外双波段消热差光学系统。所设计的光学系统采用柯克型结构,视场、有效焦距和相对孔径分别为5.5°×4.4°、100 mm和F/2,工作波段覆盖中波红外(波长3～5μm)和长波红外(8～12μm)。通过采用光学被动消热差方法,优化设计的镜头可工作于-60～80℃的环境温度,奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)值变化小于0.05。该镜头使用Ge、ZnSe和ZnS 3种红外材料,具有后工作距大、100%冷光阑效率等特点。     

复合导引头制导技术研究

现代战争的战场环境日趋复杂,单一制导模式容易受到有效干扰,而复合导引头则可利用各种制导模式的优点,互补不足。根据红外成像传感器、主动毫米波雷达和被动雷达的技术特点,分析了红外成像/主动毫米波雷达复合导引头、红外成像/被动微波复合导引头的工作流程。为了提高复合导引头的抗干扰能力,结合反舰导弹的实际工作流程,远距离时利用毫米波雷达或被动雷达进行探测,近距离时利用红外目标特征来区分干扰和舰船目标,从而形成适用于反舰导弹红外成像/主动毫米波雷达复合导引头和红外成像/被动微波复合导引头的末制导策略。     

一种激光雷达复合式扫描方法及试验

传统激光雷达系统中,固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度,首先,在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次,提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法,利用PZT对小视场范围进行精细扫描,利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描,在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后,经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为99 mrad,俯仰角为49.5 mrad,角分辨率达到0.1 mrad,测距精度达到0.159 m。     

自由空间光通信系统中ATP技术的研究

对目标的捕获、跟踪和瞄准（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，Ｔｒａｃｋｉｎｇ，Ｐｏｉｎｔｉｎｇ－ＡＴＰ）技术进行了理论分析和实验研究，ＡＴＰ实验系统光路的主要参数为：信标光束散角：２αｂ＝５ｍｒａｄ；光接收天线视场：２βω＝１０ｍｒａｄ；搜索扫描范围：２α≥±１°，２β≥±１°；安装天线误差：≤０．５°。并在１．６ｋｍ距离上进行了实验验证，实验结果与理论分析基本一致。     

光电瞄具多光轴平行性检测系统的设计与研究

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。