反射镜光电平台视轴稳定技术研究

针对不同类型反射镜平台视轴运动多样性的特点,从基本的反射镜视轴运动学关系出发,采用基于虚拟整体稳定平台的视轴重建方法对反射镜平台视轴惯性角速度进行数学重建。同时,深入分析了常见的典型单反射镜平台、特殊配置单反射镜平台、极坐标多反射镜平台以及直角坐标多反射镜平台的视轴运动学关系和视轴稳定控制技术。基于典型单反射镜平台俯仰轴视轴稳定控制的数值仿真结果表明,采用虚拟整体稳定平台方法的视轴稳定控制技术用于反射镜视轴稳定控制是可行的。     

基于半捷联方式的反射镜视轴稳定技术

针对反射镜视轴稳定平台特点,从基本的反射镜视轴运动学关系出发,采用基于虚拟整体稳定平台的视轴重建方法对反射镜稳定平台视轴惯性角速度进行数学重建,同时分析了反射镜转角和视场范围的关系。为克服反射镜固有的2:1特性,对比了传统的机械稳定控制方法,和重建光轴的半捷联稳定方法。仿真结果表明:两种方法都可以稳定视轴,但重建视轴的半捷联控制方法符合稳定平台小型化的发展趋势。     

上反射镜式光电系统复合轴稳定机理

针对高速运动的车辆对光电系统的需求,提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜,构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台,并通过理论分析,推导出该平台的瞄准线矢量方程,分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法,并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异,最后,针对实际工程应用,研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明:上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿,系统带宽接近快速反射镜带宽,约为200 Hz,大幅度提升了系统稳定精度,但是系统对二级平台的安装误差相对比较高,其误差需要小于0.05 mrad。     

两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为20 mrad的两轴快速反射镜在入射角为45时视轴指向误差小于8rad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率Ly残差远大于Lz,且入射角i为45时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。     

机载光电稳定平台建模及动态特性分析

两轴两框架机载光电稳定平台以其机构简单、成本低、体积小的特点广泛应用于小型载机上.载机与光电平台之间、平台框架之间存在复杂的非线性耦合.本文根据运动学、动力学关系,采用机理建模的方法建立了包含内外框耦合力矩的数学模型,并进行了多种状态下的动态特性仿真.结果表明,当框架受扰时内框比外框更敏感,内框能更快恢复稳定.载机角速...     

多轴稳定平台的解算研究

对多轴稳定平台的稳定模型及求解方法进行研究,结合典型的工程应用,建立稳定模型,并运用旋转矩阵,推导出单轴、两轴、三轴及斜轴稳定平台的角位移解算公式。     

两轴捷联稳定跟踪平台关键技术分析

两轴捷联稳定跟踪平台是国际上先进近距格斗空空导弹导引头所采取的位标器形式,通过对该技术所涉及的两轴和捷联两项研究内容的深入分析,指出了研制该类稳定平台所需解决的关键技术,并论证了工程上的可行性.     

大口径非球面铝反射镜三轴联动加工技术研究

为解决单点金刚石车削技术（single-point diamond turning,SPDT）应用于大口径大弦高非球面铝反射镜加工中遇到的车床导轨行程、工作台回转容积受限和加工质量较低的问题,针对φ682 mm口径、弦高220 mm的凹非球面铝反射镜加工,首先,提出基于SPDT的三轴联动加工方法,在两轴加工基础上加入旋转B轴进行协同加工,使得导轨行程和工作台回转容积能够满足加工需求。然后,设计专用笼状夹具,并通过有限元法研究支撑杆数量、杆径、上下连接板厚度参数对夹具-工件形变特征的影响,通过极差和方差分析研究不同因素对夹具-工件最大变形量影响的显著性,得到一组最佳夹具设计参数组合,即夹具支撑杆数量为24,杆径为22 mm,上下连接板厚度为25 mm。最后,将铝反射镜固定在优化后的笼状夹具上,通过三轴联动加工实现了对φ682 mm口径非球面铝反射镜的加工。对调刀件的检测结果表明:调刀件面形精度P_v值为0.6 μm,表面粗糙度R_a约为10.1 nm,可认为φ682 mm口径非球面铝反射镜的面形精度和表面粗糙度均达到使用要求。本研究能够为同类大口径大弦高非球面反射镜的加工提供一定的理论基础和加工工艺技术参考。     

两轴四框架机载光电平台稳定原理分析

讨论了两轴四框架光电稳定平台的工作原理,根据各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,建立了各框架的运动学耦合方程;并对载机扰动在平台框架间的运动耦合补偿进行了分析,推导出速率稳定回路中电机的偏转输出速率;进而给出了内外框架的控制原理框图;为高精度机载吊舱的稳定控制设计提供理论依据。     

三轴稳定卫星姿态可视化绘制与建模

三轴稳定卫星飞行过程的可视化绘制与建模是航天飞行视景可视化开发中的一个重要内容。文中系统介绍了此类飞行器姿态数据的常用表达方式,对欧拉角及四元数姿态的可视化绘制技术、建模方法、编程实现等进行了研究,并给出了姿态球的绘制及姿态运动过程的建模方法。在此基础上,基于OpenGL图形库对其绘制过程进行了原型实现,给出了绘制效果,试验结果证明了该方法的可行性,同时对姿态绘制及航天视景系统开发具有一定的参考价值。     

远程红外探测系统瞄准线高精度稳定技术

瞄准线稳定精度是远程红外探测系统的关键指标之一,主要由伺服环路带宽和隔离度决定.介绍了远程红外探测系统的组成,分析了基于FSM的二级稳定技术的原理,建立了粗级稳定平台机电模型、精级稳定平台机电模型和光学传递函数模型,最终搭建了二级稳定伺服控制系统数学模型,通过分析带宽和隔离度传递函数,提出了扰动全补偿的边界条件,同时分析了影响稳定带宽和隔离度的主要因素,对比了二级稳定和传统稳定的稳定效果.仿真结果显示,系统速率稳定回路带宽提升至200 Hz,1 Hz隔离度可达－66 dB,实际测试稳定精度达到12 rad,满足远程红外探测系统对于稳定精度的要求.     

空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析

为了让空间稳像系统在保证镜面精度的同时增加支撑强度,根据柔性支撑的设计理念,用消应力槽法对镜体支撑架进行柔性设计,用胶体粘结的方式在镜体与支架之间建立柔性连接。首次利用等效刚度法对平面型胶层进行精细有限元建模,推导了相应的等效刚度矩阵,并对装配后的镜面组件整体进行有限元建模和模态分析。模态分析的一阶谐振频率仿真结果为704.24Hz,与实物的检测结果 693.5Hz相比只差了1.5%。由此可见,消应力槽法和等效刚度胶层建模法有效地完成了摆镜组件的柔性设计分析,能为类似光学设计工程中的柔性支撑设计分析提供参考。     

稳定平台轴系精度对视轴指向误差的影响分析

为提高双框架稳定跟踪平台的控制精度,需要对机械误差造成的视线角误差进行严格的控制,要求设计轴系在现有加工水平和轴承精度水平的基础上保证高的回转精度.轴承孔的同轴度、轴承跳动、结构挠度等是影响轴系回转精度的主要因素,文中对这些因素造成的轴系回转误差进行了分析与综合,并针对某样机进行定量的分析,得到了轴系的运动误差,计算了...     

滚俯仰式红外导引头稳定平台控制与仿真

滚俯仰式红外导引头具有体积小、质量轻、视场大的特点,适应于现代红外导引头发展的需要.论述了滚俯仰式红外导引头的控制原理和伺服系统的组成,针对滚转、俯仰框架进行了系统建模,对稳定、跟踪、锁定回路进行了仿真,同时对滚转、俯仰框架进行了隔离度仿真测试,结果表明,设计良好的滚俯仰式红外导引头具有较低的稳态误差和较好的动态性能,及良好的抗干扰性能,满足系统要求.     

空间稳像系统摆镜的一种新型拓扑优化方法

针对于空间稳像系统摆镜的面型精度保持问题,实现摆镜的轻量化设计,在直径110 mm圆平面反射镜的设计过程中将机械结构拓扑优化引入到光学器件设计领域。对背部减重部分进行了拓扑优化设计。对拓扑优化设计的原理和方法做了较为详细的介绍。吸收了变密度法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值算法和RAMP(Rational Approximation of Material Properties)插值算法的思想,提出了一种新型惩罚中心可调节的ASMP(Adjusted Solid Material with Penalization)插值算法,并对各种插值算法进行了仿真。仿真结果证明,基于本文提出的新型ASMP插值算法的拓扑优化结果正确可靠,有一定的优越性。同时使用新型方法对摆镜进行了优化,并与其他设计结果进行了比对,结果显示新型拓扑优化结果能够较大程度地提高面型精度,使用起来更加灵活方便。新型差值算法的提出是对现有拓扑优化的插值算法进行了补充完善,也为后续参数优化设计奠定了基础。     

TMT三镜系统中Stewart平台的优化设计

为了使TMT三镜系统具有跟踪瞄准功能,同时可以校正由于重力引起的结构变形,设计一个大型的Stewart平台来完成三镜的Tilt调整。根据初始参数对并联机构进行了位置反解的计算,并分别对支腿轴向力和刚度进行了建模,最后使用了Matlab进行优化计算,得出一组最优解。根据所求出的最优解使用ANSYS建立了三镜系统的参数化模型,并与Matlab联合仿真,对三镜系统的各个工况进行了有限元模拟。仿真得到三镜各个工作位置时的支腿的伸长量、重力下的变形、第一阶模态值以及六根支腿内力。模拟结果显示,最终设计的Stewart平台支腿的最大变形量为0.813 mm,与优化前的模型相比下降了20%;第一阶模态最小值为16.7 Hz,与优化前的模型相比上升了18%;六根支腿的轴向力最大值为27 219 N,相比优化前下降了15.9%。     

惯导平台历次测试数据时间序列建模分析

随着时间的推移,部分惯导平台参数的稳定性会发生比较明显的变化。为分析其变化情况,提出了惯导平台测试数据的小样本等时间间隔二次修正插值法,以此来构建惯导平台测试数据的时间序列。通过对已有的小样本测量数据进行准确插值,获得样本容量较大的等时间间隔的时间序列,在此基础上,通过时间序列建模的方法来研究惯导平台误差系数的变化情况,为惯导平台的使用提供指导。