大视场高精度紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器通过性能测试和精度标定,对紫外地球敏感器自身姿态测量的精度起决定性作用。结合静态紫外地球模拟器的组成与工作原理,分析并选取了七片透镜组作为初始结构;结合地球模拟器光学系统的技术要求,分析确定了畸变的像差容限,利用ZEMAX软件对静态紫外地球模拟器光学系统进行优化,并分别对40°和17.46°的视场角进行像质评价,经优化后的光学系统最大场曲约为0.12 mm,相对畸变小于0.25%,平行度误差优于9.4″,视场角为40°和视场角为17.46°时地球张角误差分别为0.016 391°和0.016 51°,对实现卫星高精度自主导航具有一定的现实意义。     

卫星试验用小型地球模拟器研究

针对卫星同步轨道高度,研制了卫星试验用小型地球模拟器,解决了红外地球敏感器地面模拟试验测试和精度标定问题.介绍了准直式红外地球模拟器总体方案.采用红外光学系统设计与计算技术,设计了锗准直透镜,通过理论分析和光学计算,得出地球光阑、热地球位置和大小与地球张角、锗准直透镜光学参数之间的关系,分析了地球张角偏差和光束平行度偏差对地球模拟器张角的影响,为地球模拟器的研制提供了设计依据.     

标定型星模拟器设计与关键参数测试

为了完成高精度星敏感器关键参数的地面标定,研制单星指向误差优于3″、星间角距误差优于5″的标定型星模拟器。根据标定型星模拟器的工作原理,设计高精度的准直光学系统,从设计结果分析,光学系统有效视场为37°,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.1%,MTF达到衍射极限,可以实现对星点位置的准确模拟。提出单星指向、星间角距等关键参数的误差计算方法并进行测试,实验结果表明:设计的标定型星模拟器的成像精度符合设计指标要求,整个设备可以满足高精度星敏感器地面测试的使用需要。     

曲面多探头内窥镜光学系统设计

随着微创手术在医学领域的广泛应用,对内窥镜技术提出了更高要求。目前,由于内窥镜的成像视场小,因此对宽视场内窥镜的需求越来越迫切。设计一种曲面多探头光学系统,依据曲面复眼光学原理设计单个探头镜头,并通过阵列方式实现宽视场。结合转像系统,使曲面多探头成平面像,实现测试。根据成像要求,设计的光学系统全视场为135°,在空间频率为166 lp/mm处全视场MTF值大于0.5,满足使用要求。公差分析结果表明该设计结果具有较好的鲁棒性,易于加工装调,该技术成果在内窥镜测试领域具有广阔的应用前景。     

低轨道红外地球模拟器设计

大型地球模拟器是标校红外地球敏感器的重要设备和仪器,本文针对低轨道地球模拟器的方案进行了设计,通过理论分析确定了描述地球张角大小的光阑尺寸和描述地球红外光谱辐射的黑体热源温度范围,为保证黑体热源表面的温差范围不大于±1.5℃,采用了多点反馈式温度控制的方法,该方法满足了大型地球模拟器红外辐射面源的技术要求。     

适用于大视场红外地球敏感器的相机标定方法（英文）

相机的几何精度不足是制约大视场红外地球敏感器精度提升的主要因素。红外地球敏感器相机超大的视场与中心的盲区极大地限制了传统几何标定方法的准确性与可行性。本文提出并验证了一种新型的适用于红外地球敏感器的相机标定方法。三个红外靶标被用作控制点,而相机被安装于双轴转台上。随着转台的旋转,这些控制点将均匀地分布在整个相机视场中。与传统的平行光管与转台配合方法相比,传统方法无法有效覆盖大视场且需要苛刻的实验设备,而该方法更易于实施且成本较低。本文还提出了相应的三步参数估计算法,从而不需要精确测量相机和控制点的位置。本文用10台红外地球敏感器进行了实验,以验证标定方法的有效性。结果表明,所提出的方法是高度稳定可靠的,标定精度与现有其他方法相比提升至少30%。     

静态星模拟器设计与精度分析

为了实现对星敏感器进行的地面标定和精度测试,研制高精度静态星模拟器,要求模拟器的星间角距精度优于10″。利用激光直写技术制作星点分划板,将其作为核心显示器件来模拟星图,设计准直光学系统实现无穷远距离和角度模拟,并通过优化像差保证模拟星点的成像质量。同时,提出星点位置修正方法以改善由于焦距测不准和光学系统相差带来的星图模拟误差。实验结果表明:经过修正的星图,单星位置模拟精度优于10″,可以作为地面标定与测试装置,供星敏感器进行观测。     

小型静态星模拟器光学系统设计

介绍了静态星模拟器的工作原理,对光学系统的参数进行了分析,提出了一个大视场小型静态星模拟器准直物镜光学系统设计方案.系统选用七片透镜进行设计,有效孔径为25mm,其焦距为60.01mm,视场角为28.3°.像质分析表明,此光学系统能够满足设计要求.     

高精度星敏感器结构设计与标定

星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器。研究了星敏感器的结构设计和精度标定方法,通过大视场、大相对孔径的轻小型光学系统的设计,减小光学系统的测量误差;介绍了星敏感器的遮光罩和焦平面组件的设计方法,给出了星敏感器的精度标定方法,利用该方法来最大限度地减小系统误差。使用莱卡经纬仪进行标定实验,证明星敏感器精度满足单星精度小于等于3″的设计指标。     

高精度星模拟器光机系统与支撑结构设计及其模态分析

高精度星模拟器作为高精度星敏感器地面标定系统,随着近年来我国深空光学导航技术的发展,得到了广泛的应用。光机系统作为高精度星模拟器的核心部件,其镜筒结构设计是否合理、材料选择是否正确,直接影响高精度星模拟器的标定精度。本文根据高精度星模拟器光学系统给定的光学尺寸、装调要求,建立光学系统结构的三维仿真模型,并应用有限元ANSYS软件进行模态分析,最终结果证明了光机结构设计的合理性,满足高精度星模拟器设计要求。     

红外动态尺寸检测仪的研究

本文介绍了红外动态尺寸检测仪的工作原理及主要电路,当被测工件通过测量仪的红外光束时,信号处理电路就能自动显示被测工件的尺寸,这样测量仪精度高,速度快,而且是非接触测量.     

中波红外摄远物镜设计

红外摄远光学系统具有系统长度小于焦距的特点,这样在同一焦距下摄远型光学系系统的体积、重量、成本要比非摄远型大大降低。针对Selex公司的MW/LW CCD红外探测器,利用ZEMAX光学设计软件设计了一款工作波段为3~5μm的红外摄远物镜,此系统焦距300mm,摄远比达到0.8,F数为3。在截止频率为17lp/mm时,各视场调制传递函数达到0.7以上,基本接近衍射受限。各视场点列图均方根半径均远小于艾里斑半径,系统具有良好的成像质量。系统结构紧凑,性价比高,满足了光学系统的设计要求。     

红外系统无热化检测仪的光学系统设计

为了检验红外导引头光学系统无热化设计的效果,采用光学检测的方法对被测系统在一定的温度范围内焦点位置的偏移进行评估.详细介绍了长波红外无热化检测仪的原理,对检测仪光学系统中的各个组成部分,包括高低温箱窗口玻璃、平行光管和红外显微物镜,进行了深入的讨论.用CODEV重点设计了一个工作在8～12μm波段,数值孔径为0.25,放大倍率为2倍,焦距80mm,全视场为12mm的红外显微物镜.最后对设计结果进行了分析,给出了系统的调制传递函数曲线和场曲畸变图,表明光学系统的像质满足使用要求.     

基于双积分球的光学镜片透反射率测量系统

传统的透反射率测量系统不能同时实现透反射率的高精度测量,并且测量角度固定,测量光学镜片口径较小。为此研制了基于双积分球的透反射率测量系统。系统采用双积分球结构,完成了宽光谱(300nm~1600nm)大角度(0°~90°)范围大口径光学镜片的透反射率测量,采用锁相放大器,有效提取出了微弱信号,抑制了背景光的干扰,实现了亮场环境下的测量,提高了测量精度。最终实验验证以及不确定度分析的结果可以达到:白光透射率测试精度为0.25%,近红外光谱测试精度为0.316%;白光反射率测试精度为0.301%,近红外光谱测试精度为0.381%。     

激光热度仪光学系统设计

激光测温具有测量精度高、响应速度快、非接触、远距离测量的特点,在工农业生产、科学实验等领域得到了广泛应用。本文设计了一种三通道激光测温光学系统,系统由激光指示、红外接收和成像光学系统三部分组成,光学转像系统采用三通道斜方棱镜系统具有结构紧凑、重量轻、体积小等优点。光学系统参数为：成像系统入瞳直径D=16mm,焦距f’=35mm,视场角2ω=3°;三通道斜方棱镜转像系统长90ram,宽30mm;激光器工作波段532nm。     

Application of binary optical element to infrared hyperspectral detection

In 1988 Swanson and Veldkamp et al.[1] rectified single lens longitudinal chromatic aberra-tion and spherical aberration based on the characteristics of color-dispersion of BOE, and they prepared a new type of BOE—— a multi-phase structure lens. From then on, a lot of work has been done to explore the application BOE in the optical imaging field[2—5]. However, the charac-teristics of BOE in color-dispersion only depend on incident wavelength, which poses a great problem to investigator…     

折射式红外变焦光学系统内部杂光分析

针对折射式红外变焦光学系统内部的杂散辐射,设计了焦距240-60mm、系统F/#为4、视场11.96°-2.84°、工作波段为3.7-4.8μm的制冷型中波红外变焦光学系统。该系统为二次成像结构,并且有100%的冷光阑效率。利用杂散光分析软件Light Tools,建立光学机械结构模型并判断出关键表面,分析得到探测器像面接受的热辐射,根据信噪比推断出目标的最小辐亮度。采用光路倒置的方式分析光路中各光学表面产生的冷反射大小,分析了光学系统在不同焦距时的冷反射效应,结果表明该光学系统具有较好冷反射抑制效果。     

大视场红外搜索系统的光机结构设计

设计了具有小型化、集成化的兼具大视场和高分辨率的红外搜索系统。首先阐述了系统的工作原理：采用扫描成像方法将9个凝视视场的图像拼接获得大视场高分辨图像;光学系统结构由偏移视场棱镜组、扫描镜和成像镜头三部分组成,光学设计的单个凝视视场范围为6.87°×5.50°,通过上述扫描方式拼接后获得6.87°×45.10°的大视场,对系统的成像质量进行了分析与评价,在20lp/mm时系统MTF接近衍射极限;重点介绍了扫描镜机构中传动装置以及图像采集时序设计,完成加工装调后系统重量52kg,扫描装置运转平稳,光机设计结果均达到设计要求。     

土壤与植被混合型地表的温度场特性分析

混合地表的温度场分布是目标与背景红外辐射特性研究的难点问题,针对该问题建立了土壤与植被混合型地表的红外辐射温度场理论模型．在分析了影响温度场分布因素的基础上,根据植被覆盖率范围给出了混合地表的定义．结合土壤和植被温度场各自的统计分布特性,对混合地表温度场的标准方差和相关长度等参数进行了分析,给出了这些参数随植被覆盖率的变化特性,为红外场景的仿真和混合地表的红外纹理生成提供了理论依据．     

Temperature field simulation technology for thermostat electromechanical systems

Temperature field control of electromechanical system with constant temperature is one of the important factors that affects the accuracy of the system. Traditional ways of temperature detection cost a lot but have low responding sensitivity. To solve this problem, temperature field simulation using numerical simulation was done toward the electromechanical system, and the platform temperature field distribution as well as the process of the platform reaching the steady-state was analyzed. The research shows that the system temperature observing parameters are all within normal range and the temperature control structure is rational. In all, the research achievements have some engineering and theoretical values in improving the design of temperature control device and system accuracy.