折转光管装校方法研究与误差分析

针对长距离光线折转后光轴平行性精度较低的问题,提出了一种用于高精度折转光管的装校方法。利用数字光电自准直仪、高精度五棱镜和平面反射镜构成了光管准直光线检测系统,对折转光管进行装校。给出五棱镜光线折转的工作原理、自准直光路构建方法、光管装校方法和检测过程中可能存在的误差大小以及修正方法。通过实验证明,利用本文提出的方法及装置可使折转光管光轴平行度达到2″,避免了使用大型平面反射镜装校时,因面形因素产生的误差。检测装置简便、灵巧、精度较高。     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

汽车用光源建模与照度计算方法研究

文中研究适用于汽车前照灯光源的建模与照度计算方法,讨论测试屏上的照度计算原理,根据实际光源光束的特点分析,采用线光源近似模拟灯丝,建立点光源的抽样光线分布算法模型。将反射器导入照明系统设计分析软件LightTools,并将反射器性能在计算机上进行评估,给出自由曲面反射器在使用点光源和线光源进行非顺序光路追迹的运算实例。照度分析结果验证了采用线光源对灯丝进行建模方法以及针对自由曲面反射器的光路追迹算法的准确性。     

镜面微振动时点扩散函数的仿真分析

提出了一种高精度求解光学系统中镜面振动在曝光时间内形成的点扩散函数(PSF)的数值计算方法。传统方法计算镜面振动造成像点位移情况,并仅由该值评估镜面振动时系统调制传递函数(MTF)下降情况。该方法忽略了光学系统镜面位置发生改变时其光学系统自身MTF也会同时变化的特性,将导致误差产生。该误差在光学元件振幅较小时并不显著,但随着振幅的加大,该误差会变得不可忽略。该方法通过细分成像过程来计算每一个时刻的点扩散函数,并将这些点扩散函数进行积分来消除该误差。该方法适用于计算任意角度入射的空间光线在经过一个不稳定的光学系统后形成的点扩散函数。     

双介质摄影测量的折射改正方法

为了提高利用光学立体像对进行水下目标三维定位的精度,本文基于光线在空气和水体两种不同介质中的传播规律建立了光线折射改正模型。从航迹方向、航迹垂直平分线方向和普通情况三种角度讨论双介质摄影测量的几何关系,定量分析光线不严格相交造成的平面误差,并推导双介质折射改正公式。利用近景摄影条件下的立体像对验证折射改正方法的正确性,结果表明在实验室条件下,双介质摄影测量的相对测深精度优于3.5%。     

S波段雷达探测中的高精度电波折射误差修正方法

为提高S波段雷达探测精度,首先分析了对流层和电离层等电波环境对S波段雷达探测精度的影响,得出电波环境对信号产生的折射误差是影响雷达探测精度的主要误差源;然后利用射线描迹法,给出了对流层和电离层折射参数实时高精度遥感和探测方法,以实现S波段雷达全方位、多目标折射误差修正;最后对利用该方法研制的某型电波折射修正设备进行了验证.外场试验结果表明,该设备可实现对流层、电离层一体化实时高精度感知,可有效消除电波环境引起的距离和仰角折射误差,提高雷达探测精度.     

计算一类微分系统稳定区间的判定条件

对于一类滞后型微分系统, 为了给出计算其稳定时滞区间的代数判定条件, 通过分析其时滞相关稳定性, 构造了计算该系统稳定时滞区间的算法. 借助于 Routh-Hurwitz 准则及多项式完全判别系统, 该算法可实现在线计算. 该算法适用于一类多时滞微分系统, 并可计算多个稳定时滞区间, 完善了一些文献中只针对单时滞微分系统或只给出一个稳定时滞区间的结果.     

基于光线折射模型的水下图像转换算法研究

针对水下目标成像时光线折射所造成的图像失真问题,以及现有图像转换算法因忽略光线二次折射所造成的转换误差,提出一种基于光线折射模型的水下图像转换转算法。该算法首先获取水下图像的像素点信息,通过映射关系计算得到像素点在等效空气图像中的对应坐标信息,从而获得水下目标的等效空气图像。实验结果显示,文中所提算法较之现有图像转换算法,u方向图像转换误差均值由2.289 5降为1.213 3,降低47.01%,v方向图像转换误差均值由3.252 5降为1.526 3,降低53.07%。同时,测距误差均值由58.83 mm降为28.88 mm,降低50.91%。     

多路谷物色选光学成像系统分光器件的研究

基于谷物色选原理,设计了一种三路谷物色选光学系统的新型分光器件。该分光器件采用不规则棱镜组减少光路尺寸,根据全反射原理、谷物色选机内部空间条件及CCD传感器规格设计棱镜结构,实现光路的折转,并根据光线的传播路径设计相应的光学滤光膜,实现棱镜的分色。对所研制的新型分光器件进行系统测试,并根据光谱响应效果对其进行分析优化。测试结果表明,在400～930 nm工作波段内,该分光器件能够实现蓝绿光、红光、近红外光三路分光,该新型谷物色选系统具有清晰的分辨率,能够有效提高谷物色选系统的筛选效率。     

分治法在管道涡流检测阻抗解析中的应用

介绍了一种铁磁性管道涡流阻抗模型的数值解析方法。该方法利用阻抗模型中贝塞尔函数在大宗量(分治法产生的一个子区间)时的渐近性,在整个广义积分区间采用分治法简化积分函数,降低了对阻抗模型广义积分的计算难度。基于对计算量与计算准确度的折中,讨论了该解析方法中分治点的选择原则。将该方法的阻抗模型计算结果与通过物理检测设备测试实际管道的值进行比较,验证了分治法解阻抗模型的可行性。该方法对于解析柱坐标系下管道涡流检测阻抗模型的应用,具有简单、快速和高精度的优点。     

光电系统光轴与机械轴同轴度测试方法

同轴度是光学系统的重要技术指标。目前比较先进的方法是利用激光准直方法测量同轴度,但其仅仅认为同轴度属于二维的范畴,忽略了其三维空间性,即在三维空间里水平与俯仰方向同轴度之间的相互影响。因此,提出一种基于三维空间建模的方法,对同轴度进行测试。首先,建立机械轴与光轴的空间关系模型;其次,定位光斑质心;再次,对获得的光斑图像坐标,进行圆轨迹拟合;最后,将光斑圆轨迹上的任一点坐标代入到光轴与机械轴的旋转模型,即可获得二者的同轴度。实验结果表明:俯仰偏转角度对水平偏转角度的影响不可忽略,该方法使水平方向的同轴度测量精度得到显著提高。此方法对于同轴度的评估具有十分重要的应用价值。     

双折射棱镜干涉光谱仪分光特性研究

分析了空间干涉光谱仪对空间分光特性的要求,即两干涉光束的光程差应该是某空间变量的线性函数,同时为了提高仪器的分辨率,最大光程差应该有尽可能大的值。为了得到满足上述条件的光学元件,对双折射棱镜中光波的传播特性进行了分析。并在不同的棱镜切割角条件下,当入射光束取不同入射点和不同入射角时,所形成的两光之间的光程差进行了计算机模拟,给出了相应的函数曲线。模拟结果表明在切割角不太大的条件下,光程差与入射点和入射角的关系具有较好的线性,只要相关的元件参数和空间变量选取的合适,也可以得到较大的最大光程差。     

井间层析成像混合最短射线追踪旅行时反演

传统的曲射线追踪方法存在一定的缺陷,弯曲法得到的旅行时可能收敛到局部最小而不是全局最小。为了使其得到较好的射线路径,本文介绍一种方法对弯曲法进行修改。其起始猜测路径采用由SPR得到的曲折射线,这样既可以获得全局最小走时,又避免了SPR方法的射线路径不够光滑,相当于对SPR所得射线路径做平滑处理。射线追踪路径实例和井间地震层析成像模型反演表明,这种混合方法效果很好。     

灵巧聚焦伺服系统的研究

提出了一种灵巧的聚焦伺服信号产生办法,同时,该元件还可以作为反射元件来转折光路。该方法使用倾斜的平板玻璃元件来产生必要的象采用这种方法可以简化光存储系统中光学头的结从理论上对这种方法的可行性进行了分析。制作了试验装置,试验结果证实这种方法是可行的。     

UTD算法中平板二阶场的求解

根据惠更斯原理,平板二阶场的求场可以转化为一阶场的迭加,因此射线追踪就是平板二阶场计算的关键．按照镜像法的思想,提出了平板二阶场的射线追踪方法．对于反射—反射,反射—绕射,以及绕射—反射都可以根据源点或场点关于板的镜像点很容易得到解析结果;对于绕射—绕射,采用几何与代数相结合的办法,将二阶场的射线追踪转化为方程组的求解,给出了必要的理论证明以及算例,结果表明该方法精度和速度与数值搜索方法相比都有所提高．     

用偏振态控制器检测光学电磁量传感信号

讨论了一种采用偏振态控制器的光学电磁量传感信号的检测方法,通过在泡克尔斯 效应晶体ＬｉＮｂＯ３上施加不同的控制电压,可以将入射偏振光中的不同偏振分量进行输出,在 只采用一条光路的情况下,实现对光的不同偏振分量的检测。在实验室条件下分别进行了直 流电流和直流电压传感的实验研究,并给出实验的结果。     

三维多步FMM射线追踪在正态分布速度地层模型中的应用

三维多步FMM(Fast Marching Method)是一种基于网格追踪多个反射和透射相位的数值算法,通过有限差分法解程函方程来获取地震波走时后,从接收器开始反向沿着射线路径对走时场进行积分来获取射线路径,以精度高、速度快、适应性强、无条件稳定等特点而被广泛应用和研究。三维多步FMM不仅可以解决复杂介质反射波和多次波的射线追踪问题,还可以实现三维各向异性层状介质的多次波射线追踪和波前模拟。为了验证三维多步FMM在复杂模型的稳定性和灵活性,设计了随机正态分布速度地层模型,结果表明,三维多步FMM在正态分布地层模型中进行射线追踪时不仅保留着速度快、精确性高、无条件性稳定的特点,还能在速度界面处进行P波和S波的相位转换,表明了三维多步FMM是一种研究地震波在复杂介质中传播规律的快速有效的方法。!     

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″。