静态紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器是一种对紫外导航敏感器进行地面标定和精度测试的设备。本文设计了一种静态紫外地球模拟器光学系统,提出大视场静态紫外地球模拟器光学系统设计方案,对光学系统的参数进行了分析,系统选用七片透镜进行设计,有效孔径为D=10 mm,焦距为f=100 mm,视场角为Φ40°。全视场相对畸变小于0.036%,MTF在50 lp/mm处大于0.7,波像差均方根值小于0.037λ,地球张角偏差??0.006 7°,达到了高精度的指标要求,满足设计要求。     

大视场可见光目标模拟器光学系统设计

具有特定视场的动态可见光目标模拟器是可见光成像系统测试与评估的关键设备,该模拟器的准直投影光学系统决定了基于数字微镜阵列(DMD)的动态景象投射器的性能。根据成像系统测试与评估需求,本文对可见光准直投影光学系统进行设计。基于对投影光学系统的参数计算,设计了视场58°的大视场可见光目标模拟器光学系统。将设计结果与成像光学系统进行匹配仿真,获得了良好的配合效果。通过对所研制的系统进行测试,实验结果表明所设计的光学系统完全满足模拟器的要求和对动态场景的仿真需求。     

三轴紫外光学成像敏感器

设计了一种三轴紫外敏感器,解决了近地轨道大视场观测问题。通过非常规光学系统,即反射阵列组合式光学系统,将一圆型大视场分成八个子视场成像、叠加后经图像处理,为卫星提供三轴姿态信息和自主导航数据。三轴紫外敏感器标定精度为偏航小于0.05°,俯仰小于0.05°,滚动小于0.05°。研制成的工程样机,通过观星试验和利用星模拟器测试,三轴紫外敏感器可以观测到5等星;紫外波段敏感器可以作为是深空探测航天器重要敏感器之一。     

激光探测告警光学系统设计

为满足激光探测告警光学系统对大视场和光学增益的要求,提出了宽视场有增益光学系统。该系统工作波长范围1.06~1.54μm,全视场角60°,最大口径28mm,PIN光电探测器光敏面直径2mm。物镜采用二片式反远距结构,增大了视场和后工作距离。弯月型负透镜在前,具有平衡像差和棱镜的偏向作用;物镜后放置高折射率标准超半球型浸没透镜,满足小光敏面探测器接收。分析结果表明,系统像高0.99mm,光学增益达15.33,结构简单,可有效降低激光辐射源功率、增强探测距离。     

面向多星模拟器的全色彩RGB灯电控光源

针对多星模拟器向小型化、高精度、大视场、高稳定性的发展需求,提出一种采用全色彩LED作为发光器件的多星模拟器电控光源系统.该系统采用了多达20路的全色彩RGB灯,通过控制各灯的R、G、B三基色驱动电流改变各灯的三基色输出光强,并将各色分为4个亮度档位,使每个灯最多可形成63种亮度组合,从而实现对各路全色彩RGB灯光源的光谱和亮度进行控制,其主要组成部分包括上位计算机、RS485通信总线和电控模块等.实验结果表明:光源输出光功率短期(3d)稳定性优于1/1 000,工作稳定可靠,满足工程需求.     

一种基于像方指向的望远镜关键技术分析

针对空间遥感望远镜对大视场和高分辨率的需求,本文提出了像方指向技术.首先设计了透射式大尺寸像面光学系统;接着,根据像面尺寸的要求,提出了一种基于像方指向的探测器机械交错拼接法;然后,分析了像方指向系统的工作原理及关键技术.最后,进行了实验成像并分析了系统的误差.实验结果表明:像方指向系统的指向精度需优于1.6 mrad...     

直流电动机在高精度光电跟踪系统中的应用

高精度光电跟踪系统用以完成对模拟动态目标的准确跟踪 ,要求跟踪元件响应快、动态性能好、精度高 ,因此跟踪元件的性能直接影响系统的跟踪特性和精度。直流力矩电机的优点是调速性能好 ,启动转矩大。正是这一特点 ,在高精度光电跟踪系统中尝试使用直流力矩电机控制反射镜跟踪目标。高精度光电跟踪系统要求在一个较大的视场内实现对静态目标和动态目标的高精度快速跟踪。     

环境温度对星敏感器测量精度的影响

环境温度对星敏感器测量精度有一定影响.运用光机结合方法,研究环境温度对星敏感器测量精度的影响.在计算典型星敏感器光学系统热效应引起的结构参数变化的基础上,分析了星敏感器星点定位误差.计算结果表明:在视场角0°附近,环境温度变化对星点定位精度影响较小;通过材料匹配,减小系统温度焦移系数,可以减小环境温度变化引起的星点定位误差.热补偿设计后,在环境温度-20～60℃范围内,星敏感器最大测量误差仅为0.02″,约为原系统的1/7.     

红外导引头光学系统设计

根据红外导引头技术指标要求,选择光学系统的结构形式,初步确定光学系统的几何尺寸;以作用距离最大、系统双波段像差最小以及工艺要求最低为目标,利用开发的导引头光学系统通用设计软件进行光学系统参数优化。获得的光学系统在±20°的动态视场中弥散斑直径均小于0.15mm,导引头在给定条件下估算的作用距离达到39km。     

大视场激光探测与告警技术

利用四路红外非制冷焦平面探测器、大视场光学系统、窄带滤光片和信号处理系统,构成了凝视成像激光探测与告警系统。光学系统采用三片式结构的广角镜头来实现大视场;使用先进的非球面光学设计技术,并以FPGA完成探测器响应信号的非均匀校正,以改善像质;通过光学系统的畸变校正,提高激光的探测方向精度;利用激光和背景强度之间的反差,通过激光目标检测算法进行告警。实验表明,该系统能在127视场范围内对波长为1.315靘, 2.7靘, 3.8靘, 10.6靘的4种激光进行告警,探测功率密度范围为0.05 ~50mW/cm2,探测方向精度可达1。     

星敏感器模型参数分析与校准方法研究

以星内角统计偏差为校准精度评价指标,分析了高解析度面阵 CMOS 星敏感器模型中主要参数,得出焦距对精度影响最大,畸变次之,主点位置影响最小。由此提出了一种星敏感器校准方案,利用高精度 2 维轴向转台和单星星光模拟器采集数据,采用最小二乘参数估计算法计算主点焦距偏差,并且用 10 参数的二维多项式基函数拟合焦平面畸变。仿真结果表明在 0.03 像素误差的噪声水平下该方案能够达到 1″精度,可以满足现代空间飞行器的高精度姿态测量要求。     

星敏感器参数标定及误差补偿

针对CCD星敏感器光学系统存在焦距不准确、CCD平面倾斜和旋转及光学镜头畸变等误差因素,在理想针孔模型的基础上,用几何方法建立了星敏感器模型。利用地面实验数据,以最小二乘法解算该数学模型,求出焦距、CCD平面倾斜和旋转因子及畸变因子等待标定参数。将标定出的参数代回数学模型,便可由星象点测量坐标直接计算并修正入射光方向矢量,从而对光学系统的误差进行了补偿。计算结果表明:星对角距统计偏差由标定前41″降到了17″,提高了计算精度。     

空间光通信综合参数测试用双通道望远系统

提出一种用于空间激光通信综合参数测试的双通道望远系统,长焦通道满足端机远场分布等参数的测量,无焦望远通道可用于跟瞄性能测量。分析了空间激光通信端机远场分布及跟瞄性能测试的原理,设计了一套双通道望远系统装置,该装置光学系统可分别构成离轴卡塞格林系统或离轴三镜无焦望远系统,工作谱段为800～1700nm,通光孔径为300mm。完成了系统的研制和装调,并进行了性能检测,结果表明,长焦通道波像差为0.097λ(λ=632.8nm),无焦通道波像差为0.048λ,均满足设计指标要求。     

基于GMR的大动态范围非接触位移检测系统的设计研究

针对大动态范围、高分辨率、非接触位移测量的要求,通过详细分析制约GMR传感器系统检测分辨率提高的因素,提出了可配置均匀梯度的交变磁场技术以符合大动态检测范围的要求,并结合锁定放大技术以及多传感器数据融合技术设计出高分辨率的新型低成本检测系统.经分析初步试验结果,发现至少在0~100 mm的动态范围内其检测分辨率可以达到0.1 μm,验证了设计研究的合理性,为包括芯片植入式骨骼强度研究等众多非接触精密位移检测应用所需的MEMS芯片设计提供了工程原型.     

Study on the method of precision adjustment of star sensor

Star sensors are indispensable spatial measurement sensors for high-resolution earth observation and astronomical observations, and the demand for high measurement accuracy of satellite sensors continues to increase; thus, the star sensor optical machine adjustment error cannot be ignored. The commonly used installation error correction method cannot solely meet the precision analysis requirements. In this paper, the relationship between the optical machine installation and the star sensor measurement error is analyzed, and several common adjustment error correction methods are compared. An adjustment method for optical machines is proposed to meet the requirements of very high precision star sensors. The assembly precision requirements of the investigated very high precision star sensor are analyzed considering the whole machine, and then the optical components are controlled through optical precision adjustments to satisfy the precision requirements. Finally, through the complete machine calibration, the star sensor precision adjustment for an optical machine structure is verified. This method meets the requirements of very high precision sensors and is suitable for the precision adjustment of optical machine structures, which is of practical significance to improve the precision of star sensors.     

Simulation analysis of dynamic working performance for star trackers

The elongated imaging track pertaining to a star spot recorded in the image sensor of a star tracker will diffuse over several pixels at a high angular velocity, leading to an inaccurate, even false, attitude value. A computer simulation of the attitude determination from a dynamic star tracker is developed first, based on a dynamic mathematical model of the star-spot imaging and an efficiency validation of the star centroiding algorithm in the dynamic condition. Then major error sources affecting the attitude accuracy in the dynamic condition are analyzed and discussed systematically based on the simulation results. A mathematical model calculating the average star number detected in the field of view is also deduced, using simulation results and signal processing theory, with image trailing ranging from 0 to 20 pixels during exposure. The summarized regularity is helpful in the system design and accuracy evaluation of a star tracker.