大口径望远镜主镜支撑系统装调

针对1.2 m大口径望远镜主镜支撑系统,为保证主镜面形精度均方根要求,提出了一种有效的装调方法。该主镜支撑系统结合运动学原理,分别设计了Whiffletree轴向支撑和柔性切向杆侧向支撑结构,以保证其在较大温差范围内（-20~60℃）以及不同俯仰状态下（垂直-水平）始终具有较好的面形精度。机械加工误差及安装误差使柔性机构在组装过程中极易引入装配应力,明显地增大主镜表面变形。借助于有限元软件对装调过程中可能出现的误差进行仿真分析,根据结果制定装调流程,并对实际装调进行指导。完成主镜支撑系统装调后,采用补偿器和干涉仪对主镜的垂直检测及水平检测,检测出两种状态下主镜的实际面形误差分别为/42和/31（=632.8 nm）。     

承载式激光通信光学天线

在保证一对多激光通信终端光学天线的成像质量前提下,为解决光学天线两端面承担载荷的技术问题,提出了一种用于卫星平台的可承载式激光通信光学天线。对主镜组件、可承载式遮光罩及次镜支撑桁架的结构形式以及连接方式进行正对性设计,保证主镜面形精度以及次镜的位置精度。使用ANSYS有限元分析软件进行分析,结果表明:整机一阶模态151.54 Hz;光学天线前端可承载8.5 kg,后端面可承载13 kg;径向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS值（均方根误差）为/158、PV值（最大峰谷误差）/30,次镜最大倾角1.88;在（205）℃环境温度、轴向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS为/65、PV为/14,次镜最大倾角1.21,该天线承载后具有较好的力、热稳定性以及成像质量,可以满足天线在地面装调、检测以及发射过程中的指标要求。采用质量块模拟两端负载质量及重心位置,使用ZYGO干涉仪进行测试,结果表明系统波相差能够满足1 g重力及负载条件下,系统波相差RMS值优于/15的指标要求。     

星载激光测距仪扩束系统的高精度装调

星载激光测距仪扩束系统为无焦系统,对光学装调有着苛刻的要求,装调精度是决定激光测距仪工作能力的关键因素。利用计算机辅助装调技术,确定光学系统对光学元件的敏感度和补偿调整参量。针对镜间距影响该系统性能参数的特点,提出采用高精度三坐标测量技术和双光路定心技术对扩束系统装调。最后,采用 1 064 nm干涉仪对光学系统像质进行测试,使用套孔法对束散角进行测量。测试结果表明:该星载激光测距仪扩束系统RMS优于0.225,束散角为0.41 mrad,满足设计要求。     

8～12μm波段折/反/衍混合坦克扫描物镜消热差设计

根据坦克扫描光学系统的要求,设计了一种工作于8～12μm波段,可识别2 000 m远坦克目标的折/反/衍射混合红外消热差光学系统。该系统采用新型的卡塞格林系统,其非球面主镜和次镜全部取代为球面,解决了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难的问题;通过应用衍射元件独特的温度特性实现红外光学系统的无热化设计,设计的系统结构简单紧凑,口径大、焦距长、分辨率高,并且在-40～60℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,满足坦克扫描系统的总体要求和像质要求。     

R-C光学系统的计算机辅助装调

R-C光学系统是现代光学工程中常用的光学系统,以某一R-C光学系统为例,对其计算机辅助装调技术进行了研究。分析了R-C系统装调理论,确定以主镜为装调基准,调整次镜五个自由度的装调方法,建立起次镜失调量与系统Zernike系数的关系,以此指导装调工作,达到明确装调方向、缩短装调周期的目的。整机光学系统的波像差RMS值优于1/10波长,达到了成像质量的要求。对相机进行实验室和地面外场成像,获得的图像图像清晰,层次丰富,验证了装调工作的正确性。     

扫描镜非接触式检测系统的位置误差分析

为了满足非接触式扫描镜检测系统的位置检测精度要求,分析系统各误差源对扫描镜位置检测精度的影响,制定详细的系统总体误差分配方案。分析系统的主要误差源,根据系统相关参数,利用齐次坐标转换法,建立系统引入误差量的数学模型,计算各误差源的误差传递系数;参考误差传递系数,根据加工、装调和检测水平相关数据,应用蒙特卡罗法分析计算,进行误差分配。结果表明,目前的加工、装调能力无法达到该系统的精度要求,提出了一种依据目前的检测水平进行误差分配的方法,最终应用误差补偿实现扫描镜位置检测极限误差优于2.5。采用一字线激光器作为光源,通过0.5莱卡经纬仪和千分表进行检测,达到系统要求的检测精度。     

大口径望远镜主镜径向偏心误差检测技术北大核心CSCD

为保证大口径望远镜主镜在加工、镀膜和装调过程中的径向公差要求,提出一种基于图像处理的实时检测大口径望远镜主镜径向偏心误差的方法,利用光学成像系统对沿轴线运动的主镜的内孔和固定于主镜支撑结构底座的参考孔进行成像,通过边缘提取和质心算法计算主镜相对于支撑结构的径向偏心误差。经实验验证,该方法可实现对主镜径向偏心误差的实时测量,且测量精度满足主镜的径向公差要求。     

动态目标模拟离轴三反光学系统的设计

以同轴三反像差理论为基础,运用仿真软件确定满足设计要求的初始结构参数,基于三镜同轴,入射光束离轴,主镜和三镜顶点相交的光学设计理念,设计出一种易于装调、精度保证的离轴三反光学系统。该系统结合数字微镜器件目标生成器为装甲车辆提供动态实时模拟目标。该光学系统的工作波段为200~1200nm,焦距为2800mm,视场为2°,入瞳直径为350mm。设计结果表明,本光学系统最大相对畸变为0.1056%,各视场的波像差均优于λ/40(主波长λ=636.3nm)。在70lp/mm下,本系统的调制传递函数(MTF)均优于0.54,接近衍射极限,成像质量好,满足无穷远动态目标模拟需求;对加工和装配进行公差分析后可知,光学系统的MTF值大于0.4。     

小孔径采样在大口径系统主镜装调中的应用

为了满足大口径光学—红外系统主镜的检测装调,引入了小孔径采样方法对于系统主镜的低阶误差进行分析,进而对系统的装调进行指导。随着光学-红外系统的口径加大,由于检测成本等原因,之前在装调时使用的与制造过程中相同的检测方法已经不再适用。本文首先对于小孔径扫描的基本原理做出了介绍,之后提出了实现本文方法的硬件结构,最后通过数值仿真来验证本文方法的正确性与可行性。对于大口径光学-红外系统主镜的装调检测有着较好的指导作用。     

一种基于Matlab的非球面光学元件面形参数测试技术

提出了一种接触式轮廓仪测量非球面参数的新方法,该方法通过在传统的二维接触式轮廓仪基础上增加旋转,从而实现了三维测量。为了验证新方法的测量准确性与可行性,文中使用ZYGO干涉仪对旋转对称球面进行检测,与新方法的检测结果加以对比。最后,使用新方法对非球面光学元件的面形参数进行测试,分析结果表明新的测量方法具备较高的测试精度,满足测量要求。     

利用相位恢复波前传感技术检测球面镜面形

为了验证相位恢复波前传感器系统波前检测的能力,搭建了基于相位恢复测量方法的波前传感器检测球面镜面形的实验平台。该平台结构简单,抗震动,可以在对光路不进行任何改变的前提下,利用成像系统上已有的相机对整个光学系统进行在位检测。为了验证相位恢复波前传感器测量方法的准确性,将相位恢复波前传感器测量结果与ZYGO干涉仪测量结果进行比较,实验结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有极大的相似性,所以利用相位恢复波前传感器技术能有效地检测出球面镜的面形误差。     

基于红外激光干涉仪的非球面面形测试技术研究

本文提出了一种基于红外激光干涉仪检测非球面面形的新方法,分为3个步骤:首先,利用红外激光干涉仪测量分析出非球面与标准球面之间的波像差;然后,根据非球面方程得出非球面与标准球面之间波像差的理论值;最后通过计算得出非球面的面形偏差。为验证这一方法的正确性和可靠性,采用ZYGO可见光干涉仪,使用补偿镜法测量了同一块抛物面反射镜的面形误差。结果表明,两种测量方法结果吻合。本新方法方便快捷,具有较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的面形测试。     

一种可变长度光电基准尺

为了实现对非正交轴系激光经纬仪测量系统的快速、准确定向,采用构建新型光电基准尺的方法,提出并研究了一种基于高精度光电位置敏感器件的可变长度光电基准尺构建技术。阐述了非正交轴系激光经纬仪的特点,根据其特点及非正交轴系激光经纬仪测量系统定向的需要,确定了可变长度光电基准尺构建的总体思路,完成了硬件电路设计,构建了可变长度光电基准尺,并标定了两光电位置敏感探测器的空间位姿关系,以实现可变长度基准测量。结果表明,利用该可变长度光电基准尺定向后的测量系统,其相对测量精度优于0.03%,可方便、高精度地实现非正交轴系激光经纬仪测量系统的定向。     

单反式光端机反射镜柔性支撑参数化设计与试验

为保证单反式光端机指向捕获跟踪(Pointing, acquisition and tracking, PAT)时反射镜在恶劣空间环境下的面形精度,设计了一种底面开槽的柔性支撑结构。由于柔性支撑结构参数较多,为避免各参数之间严重耦合,采用正交优化方法对柔性支撑结构进行参数优化设计,再利用有限元方法对反射镜组件进行热力学特性分析。仿真分析结果表明,反射镜组件一阶频率为352.61 Hz,在1g重力和10℃温升(温降)共同作用下的最大面形误差RMS为λ/54.79(λ=623.8 nm),能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。使用ZYGO干涉仪在(20±10)℃温度范围内对反射镜面形进行检测,结果表明,反射镜面形PV值优于λ/6,RMS优于λ/43,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。     

多传感器光电经纬仪图像增强系统研究

多传感器光电经纬仪是靶场光电测量的重要设备,为了提高多传感器光电经纬仪图像可视化效果,提出了采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像。首先分析了靶场光测经纬仪的发展趋势,简要介绍了多传感器光电经纬仪的光学测量系统原理,分析了各波段光学系统的性能,然后给出图像增强系统方案,介绍了各种图像增强算法,最后提出了一种适合短波图像的等间距图像增强算法,并进行了仿真验证与分析。实验结果表明:采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像能有效提高图像可视化效果。     

能动磨盘加工与数控加工特性分析

能动磨盘加工(CCAL)与数控加工(CCOS)是大型非球面主镜加工有别于经典加工的两种新型加工工艺,针对这两种主镜加工工具,建立了各自的加工去除函数模型,从理论上分析了两者的加工特性,并在直径1300 mm非球面主镜加工实验的基础上,根据主镜面形ZYGO干涉仪和哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)传感仪的检测数据,利用功率谱密度(PSD)和相位梯度进一步探讨了这两种加工工艺对主镜面形中高频差的影响,提出了将能动磨盘加工与数控加工相结合的主镜加工工艺方法。     

薄膜反射镜的静电成形

利用薄膜反射镜作为太空望远镜主镜是研究大口径、超轻型未来空间光学系统的最新方向之一。基于静电学原理，设计了口径Ф200 mm薄膜反射镜静电成形实验系统，该系统包括薄膜反射镜固定装置、电极板装置以及直流高压系统。采用ZYGO干涉仪和莫尔偏折术，分别对薄膜反射镜面形随直流电压的变化情况以及不同电压下薄膜反射镜的顶点曲率半径进行了观察和测量，并与理论值进行了比较和分析。实验结果表明，该系统可有效改变薄膜反射镜的面形。目前，在700 V电压下，薄膜反射镜的顶点曲率半径达17.7 m。     

利用单站光测图像确定回转体目标三维姿态

为了实现回转体目标姿态的测量,基于光电经纬仪的单站测量布站灵活,不受测站地理条件的限制,而且避免了图像的立体匹配,具有较高的应用价值。文中充分利用空间目标的几何先验知识,在用光电经纬仪单站空间余弦姿态测量方法来获得目标姿态参数的基础上,进行了进一步的完善和改进,降低了该算法对图像质量的要求,增加了算法的实用性。模拟实验结果表明,该方法姿态角测量误差小于0.5,结果稳定,能够满足回转体目标空间三维姿态的高精度测量的要求。     

基于修正最小二乘法的测控设备同站引导算法

测控设备对飞行目标进行跟踪及测量时,高跟踪精度测控设备捕获目标较为困难,一般采用低跟踪精度设备引导天线接近目标,然后再转入自跟踪模式,因此同站测控设备互引导是目标捕获的一个重要手段。针对低跟踪精度测控设备引导高跟踪精度设备的技术需求,文中提出了一种在两套测控设备共视目标时,利用高精度设备跟踪信息来对低精度设备跟踪数据进行实时修正的算法。该算法实现了跟踪残差的实时估计和外推,提高了同站引导精度。最后采用遥测设备引导光电经纬仪进行实验,验证后发现修正后的遥测设备跟踪数据能够引导光电经纬仪有效的捕获目标。     

光电经纬仪靶场精度检测数据误差分析

本文介绍了光电经纬仪靶场精度检测的试验方法及误差分析。靶场精度检测易受气候条件影响造成事后精度超差,无法反映设备的真实状况,文章提出了精度检测过程中的误差计算方法,并对事后误差数据中跟踪部位及脱靶量误差进行数据修正。实战任务表明,误差修正方法对校飞数据事后处理精度的提高具有很好的效果,事后经纬仪系统总误差精度由原来的60″提高到18″。