卫星激光测距中接收光路光机结构设计

在卫星激光测距过程中,需要在跟踪卫星的同时完成激光测距,为了能实现全天候的测距工作,白天卫星激光测距的探索具有重要的意义.对中、高轨卫星测距时,反射同来的激光能量非常少,因此必须采用大口径的望远镜进行接收.在研制某型号卫星激光测距的项目中,为了保证MEO、GEO和IGSO的成功测距,选用口径为φ1000 mm的主光系统,在第一像面前采用分光棱镜光谱分光的形式,实现了跟踪卫星和激光测距任务的同时完成,并且扩展了白天光束监测光路,使系统具备了全天候测距功能.实践证明,光学系统成像质量良好,机械结构设计合理、紧凑,成功地实现了对中、高轨卫星的测距.     

基于二分束的三角法激光测距研究

为了实现激光测距仪小型化和低成本制作,提出了一种新型的基于高斯光束二分束的三角法激光测距方法,采用双PIN管探测器来替代传统三角法激光测距系统中的CCD或PSD光电检测单元,实现光束的二分束;利用光度学和高斯光束理论,推导出两分束的光功率比与待测距离及发射角的关系,并通过数值计算获得其关系图,进而通过测量分束比计算出目标距离。试验结果表明,本方法具有结构简单、精度高、对目标物颜色深浅不敏感等优越特性,并具有良好的应用前景。     

卫星激光测距中白天测距的分析与实现

卫星激光测距是一项重要而实用的技术,由于白天背景噪声大约是夜间的100万倍,国际上大多数观测台站的卫星激光测距工作都是在夜间进行的。成功实现对激光测距卫星的白天测距,将有助于卫星精密定轨和地球动力学等相关领域的研究,是一项非常重要和有意义的工作。在研制某卫星激光测距项目中,为了完成对MEO(middle earth orbit)、GEO(geostationaryearth orbit)和IGSO(inclined geosynchronous satellite orbit)的白天测距,针对大口径接收望远系统设计和白天背景噪声抑制两大技术难点,进行了详细的分析和论述,提出了采用18点轴向支撑和柔性径向支撑方案解决了大口径主镜的支撑问题,采用空间滤波、光谱滤波和时间滤波技术解决了白天背景噪声大的问题。实践证明,该套系统成功地实现了对GEO卫星的白天测距,白天测距成功率达到了77.5%,测距精度达到了2.6 cm,系统的白天测距能力达到了国际领先水平。     

基于激光测距的大尺寸测量应用研究

为了实现工业大尺寸几何形状的测量,基于激光测距原理,构建测量系统,提出通过极坐标转化为直角坐标系的方法,在二维平面内拟合测量对象的表面轮廓.首先,从多种反射率材料分析激光测距测距延迟时间.然后,以800mm标准宽座角尺对激光测距仪进行了精度校准,标准差最大1.5mm,最小值0.2mm,适于大尺寸测量范围.利用Visual C+ + 6.0中MSComm控件实现了激光测距仪与计算机之间的数据通信.最后,以800mm标准宽座角尺和凹凸海绵表面为测量对象,利用本方法进行实验,得到了相应表面轮廓,并计算了标准角尺拟合直线的标准差最大为0.7mm.实验结果表明,测距仪毫米级精度可以实现二维平面拟合,体现了手持式激光测距仪在工业大尺寸测量方面的应用前景.     

红外光谱仪中光学二维角度调整机构的结构设计

设计了一种在红外光谱仪中使用的光学二维角度调整机构,并根据红外光谱仪的功能要求及技术指标为该调整结构的机械结构设计提供理论依据。本文中设计的光学二维角度调整机构通过关节轴承来实现光学镜片在竖直和水平方向的二维偏转。并考虑到红外光谱仪的设计要求,设计了一种采用包紧方式的锁紧机构。最后,将该光学调整机构置于红外光谱仪系统中试验,并记录试验结果。分析研究表明,该调整机构在要求的使用条件下可以正常工作。     

中阶梯光栅分光光路的设计

为了实现更宽波段范围内的全谱直读并获得较高的分辨率,对中阶梯光栅光谱仪的分光系统进行了研究。简述了中阶梯光栅与中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析了中阶梯光谱仪和普通光谱仪的区别,详细论述了一种利用中阶梯光栅作为主要分光元件,棱镜作为交叉色散原件的中阶梯光栅分光光路的设计方法,并最终在探测面上得到了可探测分析的二维谱图。通过对设计过程的详细论述,可以为今后从事中阶梯光栅光谱仪光学设计的研究者提供参考。     

轻量化二维指向调整机构设计

针对地月测距反射器调整要求,开展了新一代激光反射器地月二维指向调整机构的轻量化设计研究。设计出一款俯仰-方位组合型二维指向调整机构,以超声电机为驱动源,根据质心平衡设计理论,设计质心使机构自身力矩平衡,减小负载对电机驱动力矩的要求,从而实现电机和组成部件的小型化和轻量化。制作出原理样机进行了实验验证,结果表明,其质量、尺寸、自锁和驱动性能均达项目要求,验证了质心设计理论的合理性,实现了对机构的轻量化设计,为高精度地月激光测距及空间指向机构轻量化设计提供了依据。     

基于牛顿反射式红外系统的二维转台的结构设计与有限元分析

针对轻武器红外光学瞄具稳定性检测的需求,设计了一种基于牛顿反射式红外系统进行工作的电动二维精密转台。利用CATIA建立了电动二维精密转台的三维模型,该二维精密转台采用小型二维U形转台结构形式,采用直流力矩伺服电机直接驱动和24位绝对式轴角编码器进行角度测量。通过有限元分析软件PATRAN对转台的关键部件进行热力学分析与模态分析,获取转台的应力分布云图。云图结果表明,其设计方案可行,结构合理。     

电动转向系统中两种辅助转向传动机构方案的分析

在电动转向系统设计中辅助转向传动机构方案的选型对转向性能如转向灵敏性和转向路感等有很大的影响。目前在转向柱辅助转向方式中有两种传动机构方案即蜗轮蜗杆机构方案和差动轮系机构方案。本文首先介绍这两种方案的组成 ,然后分别对这两种方案进行运动学分析和动力学建模。其中在建立蜗轮蜗杆机构方案的动力学模型时 ,首次考虑了电磁离合器的动特性。通过运动学分析 ,讨论了两种传动机构方案对转向灵敏性的影响。在动力学模型的基础上 ,结合具体算例讨论了两种传动机构方案对转向路感的影响。     

宽幅相机一体化焦面调整机构设计与精度分析

针对空间宽幅相机对调焦和调偏流的要求,设计了一种一体化焦面二维调整机构,能够同时实现调焦和调偏流功能,并基于蒙特卡罗法对机构进行了精度分析。机构总重12kg,调焦范围为(-4^+4)mm,调焦单元定位精度优于0.0045mm,调焦分辨力优于2.1μm;调偏流单元调偏流范围为(-5^+5)°,定位精度为1.48",调偏流分辨力优于0.18",各项指标均满足设计要求。一体化焦面二维调整机构结构紧凑,占用空间小,结构强度好,承载能力强,适用于大尺寸焦面空间相机。     

飞行目标实况记录系统光机结构设计

在对飞行目标的实际情况监视和记录时,实况记录系统是一种非常重要的电视设备。变焦距望远镜是其重要的组成部分,介绍了变焦距镜头对像面补偿时常用的机械补偿和光学补偿的优缺点。并根据某实况记录项目的指标要求,详细地论述了光学系统的方案确定,主光学系统和凸轮变焦距系统的结构设计。对完成的实况记录系统进行了检测,其光学系统的目视鉴别率达到了53l p/mm,不仅各项技术指标达到要求,对其他同类型变焦距镜头的设计具有一定的借鉴作用。     

分体式激光扩束系统平行度测量装置的设计

为精确测量强激光发射系统中高功率激光经分体式扩束系统后光束的传输方向,设计了一种新型分体式扩束系统输出光平行度测量装置.根据高功率激光分体式扩束系统及红外激光的特点,该装置采用高分辨率红外CCD作为监测成像设备.采用轻质高刚度的优质铝合金对装置的机械结构进行了设计,切换部件搭载在高精度线性位移平台上.基于高分辨率CCD和精密线性位移平台,该装置可较好地完成动态和静态测量.测试结果表明,该平行度测量装置工作稳定、可靠,测量精度优于2.0″;装置设计合理,实用,可为扩束系统的装调及应用提供可靠依据.     

直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。     

多波长激光扩束器的光学设计

在激光雷达以及光谱仪定标时常常需要较宽以及高准直性的激光光束。设计了一出射光束为16mm,扩束比为20倍的激光扩束器光学系统。通过移动激光扩束器的物镜与目镜间隔,可以实现光谱范围在543.5~850nm的激光扩束;比较了使用该激光扩束器发射的准直激光束与理想的单色平行光充满成像光谱仪的入瞳孔径后成像光谱仪传递函数的变化,说明该光学系统可行。     

基于532nm半导体激光器的远距离传输高精度准直系统设计

半导体激光器在军事、工业、医学等许多方面有着重要的应用前景,但由于半导体激光器输出光束具有较大的发散角,因而在几乎所有要求较高的应用领域中,其输出光束都必须通过特殊的光学系统进行准直。扩束镜因其结构简单、材料便宜以及加工容易而在半导体激光束准直领域获得较多的应用。     

基于激光测距技术的桥式起重机定位系统

为了解决罩式退火炉生产工艺中桥式起重机定位系统所存在的定位精度差、定位效率低、运行不平稳的问题,在保留原桥式起重机结构和控制方式的基础上,设计了采用激光测距器和条码定位仪作为测距测速传感器,结合工控机与可编程控制器实现精确的绝对认址及闭环控制的新型的桥式起重机定位系统。实际运行表明,该定位系统可使桥式起重机达到平稳加、减速运行,实现起重机在现场作业中高效精确定位,快速平稳运行。     

带激光测距瞄准的非接触式新型特高压综合验电装置的研发

随着电压等级的升高,直接验电方式越来越难以满足高压输电系统发展的需求。该文提出了一种非接触式特高压综合验电技术,即采用灵敏度极高,检测原理不同的电场传感器和日盲型紫外探头,在用激光对待测点测距定位后,对传输线、开关等高压设备的电场强度和电晕放电中的紫外脉冲分别进行实施检测,以确定线路和设备的带电状态。基于该技术研发了一种新型特高压综合验电仪。     

高功率激光热效应对合束系统的影响

提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响,采用光机热耦合分析方法,研究了在温度边界条件固定时,各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响,同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示,系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8);激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量,但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求;轴向温差可在35s达到平衡,对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台,利用系统中短波400 W激光进行实验,采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比,实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。     

基于超定方程组的相位激光测距解模糊算法

快速准确的测距解模糊算法是相位式激光测距仪实现快速测距的关键问题。研究了一种基于超定线性方程组的相位测距解模糊算法,该算法避免了对最优解的搜索,因而运算量小、求解速度快。首先使用差频测相法在较大的不模糊距离上捕获到目标,获得近似距离值,然后使用这一距离值准确求解出不同频率调制波之间的周期数之差,从而构建超定线性方程组,最后应用最小二乘法求解出准确距离。同时还对该算法的2种解法进行计算机仿真,比较仿真结果,选取用间接法求解目标距离,并对该解法进行了精度分析。对3台K-60系列激光测距仪在精度为0.18 mm的国家标准基线上进行了测距试验,结果表明,3台样机的平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm,验证了该算法是有效的。