四象限探测器定位精度的分析与仿真

为了研究影响四象限探测器(QD)在空间激光通信系统中的跟踪精度,以及光斑特性和外部环境对探测器的影响。首先理论推导了四象限探测器光斑检测的原理,然后对光斑半径、光斑位置、背景光、光斑能量分布、死区、系统信噪比等因素进行了仿真分析。研究结果表明,光斑半径的增加会降低四象限探测器的位置探测灵敏度。光斑能量分布、背景光和死区会对光斑位置检测精度产生影响,系统信噪比的提高可以提高位置检测精度。     

优化夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测方法研究

夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测精度对光学系统的波前检测至关重要。研究了质心探测误差的来源,提出了一种子光斑自动优化探测窗口法结合基于自适应阈值分割的强度加权质心算法的方法。讨论了该方法中窗口大小、质心算法对光斑质心精度的影响,并通过仿真和实验分析了算法的质心探测精度对噪声影响的鲁棒性。实验结果表明:当信噪比高于4时,自适应光斑质心算法质心定位的平均探测误差为0.058 pixel,相对于传统算法降低了约40%;将该探测方法运用至夏克哈特曼波前传感器中,与传统质心探测法相比,最大质心偏移量由传统方法的0.92 piexl下降至0.2 piexl。证明了算法的稳定性和探测精度。     

基于QD与MEMS振镜的微纳激光通信终端伺服技术研究

为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪.为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述.搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad.     

基于单面阵CCD的三维平移测量系统设计

针对高精度多自由度位移同时测量问题,利用光斑位置变化方法设计了一种基于单面阵（CCD,Charge—Coupled Device）三维平移测量系统。系统采用两路准直（LED,Light—Emitting Diode）光束作为测量基准,由单面阵CCD探测光斑图像,图像经处理后可获得光斑位置信息,根据光斑位置变化推算出被测物体三维平移变化量。在实验室环境下构建了二维实验系统,模拟测量X向和Z向的平移变化,结果表明,X向平移测量精度优于±1μm,Z向平移测量精度优于±2μm。系统具有非接触、体积小、精度高的特点。     

夏克-哈特曼波前传感器光斑自动精确定位

为了在提高夏克-哈特曼波前探测精度的同时扩大波前测量的动态范围,提出一种基于高斯模板匹配选取光斑质心探测窗口的方法。根据传感器的参数确定模板尺寸,利用N维空间正态分布方程生成高斯模板,进行模板与图像匹配,根据模板与匹配子图的相似度确定光斑质心探测窗口。通过对仿真和实际采样阵列光斑图像的实验,验证了该方法的可行性,相对于投影法探测质心的标准差降低65.6%,波前重构误差减小48.5%,能够实现夏克-哈特曼波前传感器光斑的自动精确定位,提高其波前探测精度的同时扩大波前测量的动态范围。     

激光诱导薄膜损伤的光偏转特性研究

为了提高测定光学薄膜的损伤阈值的准确性.文中基于光偏转法识别薄膜损伤的模型,搭建了反射式光偏转实验测试系统,采用1-on-1法对SiO2薄膜进行了损伤测试.研究结果表明:像元尺寸为4μm×4μm,光斑接收屏到辐照点的距离为3 264.6mm,SiO2薄膜辐照点的最小斜率变化量为1.23×10-6.当泵浦光束能量密度小于等于SiO2薄膜的损伤阈值15J·cm-2时,探测光斑的光强分布发生变化;当泵浦光能量密度大于薄膜损伤阈值15J·cm-2时,探测光斑大小和样子发生改变.     

空间激光通信AOT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪(APT)技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用.提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要指导意义.     

夏克-哈特曼波前传感器光斑质心探测方法比较与分析

夏克-哈特曼（简称哈特曼）波前传感器被广泛应用于光学测量、激光大气传输、医学等领域。由于哈特曼波前传感器是根据光斑质心的偏移量来重构畸变波前,因此,哈特曼阵列光斑质心的探测精度直接影响了波前重构的精度。本文从哈特曼波前传感器的测量原理着手,对几种阈值法质心探测技术及窗口法质心探测技术进行了比较和分析,得到了质心计算误差均在0.1pixel左右,可在实际不同应用时选择不同的质心探测方法。     

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。     

空间激光通信APT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪（APT）技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用。提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要的指导意义。     

激光熔覆快速成型中环形激光束的能量分布

在激光熔覆快速成型中利用中空的环形激光,实现了光内同轴送粉.分析环形激光光斑在扫描线宽方向的能量分布情况,与传统的圆形实心光斑相比,有利于能量的合理分布和提高激光热作用效应.在这种优势下,可以有效地提高金属粉末的利用率,并且可以得到高质量、较为平坦的熔覆层.     

基于激光与CCD图像系统的非接触式转角测量

介绍了基于激光与CCD图像系统的物体小角度偏转角的检测技术.利用相关法数字图像处理技术计算光斑的移动实现微小位移的光学测量,建立了激光反射光位移与转角的定量关系,并应用等强度悬臂梁进行实验验证.检测系统具有结构简单、能实时在线检测、非接触及高精度等特点,在工程中具有较大的实用价值.     

激光光斑图像增强与二值化

提出了一种基于数字图像二阶方向导数的激光光斑图像增强方法，通过局部光环方向角及二阶方向导数的计算来对光环进行检测，并进行二值化处理．在像素亮度二阶方向导数计算的近似上使用了小平面模型，并对邻域的大小做了定性的描述，以提高近似精度．最后用实际激光光斑图像对提出的方法进行验证表明：无论精度和稳定性都达到设计要求．     

Trajectory design and simulation in injection phase for hyper-velocity kinetic energy missile

A movement law of laser beam facula is designed for the injection trajectory of hyper-velocity kinetic energy missile to eliminate the influence of motor exhaust smoke on laser signal transmission.Taking guidance loop of hyper-velocity kinetic energy missile as plant,a closed loop control system with desired step response characteristics is constructed and the movement law of laser beam facula for the missile injection trajectory is designed based on the output signal of the closed loop controller under a step input.Six degree-of-freedom trajectory simulations show that by the guidance of the laser beam facula moving with designed law,the missile can finish transition from the initial trajectory to a stable tracking trajectory without overshoot within the required time.     

激光光束质量测量过程中的CCD噪声影响分析

在激光光束质量的测量过程中,由于CCD的噪声影响以及环境背景噪声的影响,对光斑图像带来一定的影响,从而影响光束质量的测量精度。为此,主要分析了CCD的各种噪声影响,然后提出了针对不同噪声的图像处理算法,实验数据表明该图像处理方法有效地减少噪声对光束质量测量带来的影响,可得到更为真实可靠的激光光斑能量分布,对于后续地评价激光光束质量具有重要的借鉴意义。     

光通信中激光发散小角度远场焦斑测量法

根据激光发散角经准直后的微小角度的测量理论,提出了采用远场焦斑和CCD进行快速准确的测量方法,最后实际测出了激光准直后的远场发散角。实验证明:采用该方法可以达到空间光通信的激光发散小角度微弧度量级的要求,并且所带来的误差小于国际标准组织规定的最大值。     

基于激光点阵列探测的多光轴平行性外场测试方法

提出一种红外、可见光、激光三轴平行性检测的外场测试方法。在可见十字靶线和红外十字靶线重合的测试靶上,点列阵分布激光点源探测器。以重合的十字靶线为基准,点列阵探测器接受激光照射,精确定位激光光斑中心,获取激光发射轴与可见、红外十字靶线的偏差,实现多光轴的平行性检测。设计结果表明：在待测系统最远探测距离范围内,测试距离越远,平行度检测精度越高,在1.5km测试距离,激光与红外、电视光轴的平行度检测精度小于5″。     

基于紫外成像的污秽绝缘子放电特性研究

污秽绝缘子在一定的湿度下会形成放电并辐射出紫外光信号,日盲紫外成像是一种有效的放电检测方法,首先在人工气候室中研究了几种不同污秽度的绝缘子在不同湿度下的放电现象,根据放电紫外图像特征将放电分为两个典型阶段,通过对放电视频信号的分析并结合图像处理算法提取了平稳紫外光斑面积、间歇性紫外光斑面积以及间歇性紫外光斑重复次数三个特征参数来表征其放电,得到了上述参数与湿度和污秽度之间的关系曲线,研究结果将为基于紫外成像法评估污秽状态奠定基础。     

Study on Overall Concept Planning of Terminal Correction Mortar Projectiles

The system composition, the operational principle of terminal correction mortar projectiles (TCMP) and the concept planning design of TCMP are researched in this paper. An overall design and aerodynamic configuration layout for TCMP are made in this paper, and its aerodynamic coefficients are calculated by using computational fluid dynamics (CFD) software. Test results of TCMP simulated ballistic projectiles indicate the designed TCMP can satisfy the interior ballistic demand and has a fine flight stability. The drag coefficients identified from the radar velocity-time data are in accord with the CFD computed results. According to the exposure frequency of the ground laser designator, a four-quadrant impulse correction scheme and a high exposure frequency impulse correction scheme are brought. The latter can calculate the target azimuth angle by counting the times of the facula passing through one quadrant. Simulation results also show that the guidance precision of the velocity pursuit is higher than that of the body pursuit, and the detector axis is less circuitous. Researches on the typical trajectory indicate that the terminal impulse correction can improve the hit precision of TCMP remarkably.