转镜扫描的非线性研究

从光学基本原理出发，得到了四面柱体转镜扫描的非线性解析解，并进行了数值计算，从而给出了四面柱体转镜扫描的非线性曲线。在理论分析的基础上，设计了一种单片双面镜二维扫描系统。利用该系统能有效地克服多面柱体转镜一摆镜二维扫描系统的非线性特性，给后续的计算机实时图像处理工作带来了方便。     

二维指向镜的定域扫描方式的扫描特性分析

在光学反射矢量理论的基础上,分析了二维指向镜的定域扫描方式的非线性扫描特性,给出了指向镜二维扫描的轨迹及像旋角的计算公式,提出了对扫描轨迹进行非线性校正的方法.在不进行消旋处理的情况下,将二维指向镜的定域扫描方式直接应用于点源探测系统如红外系统中.     

二维指向镜系统成像特性研究

为了实现对大视场范围的目标进行搜索捕获或者成像,采用了二维指向镜与面阵探测器相结合的技术方案。对二维指向镜系统电机转角耦合特性和成像规律进行研究。首先,从光学反射矢量理论出发对二维指向镜系统建立数学模型,解耦得到扫描电机转角与视轴指向方位角之间的关系;然后,从数学模型出发可得出电机扫描时目标在像面的扫描轨迹和二维扫描镜系统造成的像旋情况,实验测得扫描轨迹的倾角与计算所得的轨迹倾角误差小于0.1°,像元位置偏差不到0.2个像元;最后,分析了采用二维扫描镜的成像系统消除像旋的算法,为二维指向镜实现精确跟踪和软件校正像旋提供理论依据。     

同步扫描三角测距成像系统的精确建模与分析

传统的同步扫描三角测量模型假设旋转镜厚度为零 ,从而建立了三维扫描点的 轨迹圆模型。本文将旋转镜厚度也作为系统参数进行考虑,提出一种同步扫描三角法在展开 光路中的几何 参数模型,通过14个参数精确地描述各个功能部件的位置姿态和几何光学参数,并建立了三 维空间点与系 统参数的关系。仿真分析表明:1mm厚的旋转镜会产生200mm的系统 误差。对接受透镜位置参 数的建模使得三维点具有动点旋转特性,与传统的轨迹圆模型相比,更精确地描述了旋转中 心的轨迹变化。 构建了原型系统,并通过实验验证了方法的正确性。     

转镜扫描的光学原理

转镜扫描是现代科技发展的一个新领域。它在高速印刷机械和商业自动化设备上的成功导致了建立在经典光学原理上的转镜理论的出现。本文通过理论分析与数值计算给出了转镜扫描所涉及的基本光学原理,并且提出了曲面转镜的性能要优于传统的平面镜。此外,还对转镜在高速旋转时所涉及的其它一些技术问题进行了探讨。     

多面转镜双光束远场扫描规律研究

应用几何光学理论研究了多光束转镜扫描场的非对称性,导出多光束扫描入射点位置矢量、反射线标量表达式、观察面上的扫描轨迹方程,并研究了扫描远场的非对称性.     

45°二维扫描镜扫描轴系特性分析

对工作于三轴稳定平台的45°扫描镜绕不同轴系摆动时的摆动范围及扫描轨迹进行了分析比较,给出了扫描镜选用不同轴系时的扫描摆动角度的计算方法,在工程应用中具有重要实用意义。     

多扫描周期摆镜伺服系统设计与实现

扫描摆镜伺服系统是扫描型热像仪的核心部件之一,扫描摆镜摆动周期需适应热像仪视频制式的要求。为了支持扫描型热像不同速率视频输出的需求,基于双向扫描摆动方式,设计并实现了多扫描周期摆镜伺服系统。给出了基于FPGA、MCU构架的硬件方案、目标轨迹特性及控制算法的设计方法。实验测试结果表明本扫描摆镜伺服系统具有跟踪精度高、频率切换时间短和运行稳定等特点,具有很强的工程实践性。     

转镜透射式傅里叶光谱仪光程差的非线性分析

转镜透射式傅里叶光谱仪具有可靠性高、光谱分辨率高、测试速度快等优点,但在正常匀速转动扫描光程差的情况下,存在光程差的非线性问题。针对转镜透射式傅里叶光谱仪的光程差的扫描非线性问题进行了分析,提出了一种光程差非线性数学计算模型,建立了转镜光程差方程,并进行了MATLAB仿真分析。通过速度反馈电机控制转镜匀速旋转时,根据本文的非线性光程差方程可获得等光程差对应的时间非均匀关系,从而可实现时间的非均匀采样,并反演出准确光谱,而不必采用稳频氦氖激光器触发采样,可以节省成本和减小仪器的体积与重量。     

红外相机扫描镜轨迹跟踪的迭代学习控制方法

为提高星载广域红外相机的观测效率与凝视成像质量,扫描镜需要在几十毫秒的时间内完成角度切换,实现角秒级的轨迹跟踪控制。在闭环带宽有限的情况下,性能指标难以通过基于经典控制理论的算法实现。针对枢轴支撑的扫描镜机构,提出了一种基于迭代学习的高阶系统轨迹跟踪控制方法,推导了迭代学习律,并通过预测型算法对学习律进行了优化,避免了误差高阶导数的计算。然后通过频域分析说明了算法收敛性,选取了关键参数。通过仿真与原理样机实测验证了其应用效果。测试结果表明,算法在闭环带宽低于2 Hz的情况下,无需辨识被控对象的高阶特性,即可实现扫描镜对角加加速度超过106 （°）/s3轨迹的高精度跟踪控制,跟踪误差优于±1.5",满足相机应用要求。     

45°镜多元并扫成像特性及扫描轨迹研究

本文在研究45°扫描镜地面像元变化过程的基础上,对45°镜多元并扫像元变化特征和扫描轨迹进行了分析,给出了扫描轨迹计算式。讨论了像旋对地面分辨率的影响,分析了系统是否存在漏扫的条件,得出了不漏扫遥感器扫描参数需满足的条件。     

激光扫描成像中旋转多面体的分析计算

对旋转多面体激光扫描成像系统作了理论描述及定量分析。为了保证扫描像点处于同一平面,将多面体置于成像物镜之前,当激光束以相对于光学系统光轴为2α角入射时,确定了入射光在多面体反射面上的位置、多面体中心转轴以及光学系统光轴三者之间的相对位置关系。推导了系统光学扫描角、扫描效率和入瞳漂移等参数的数学公式,分析了它们与入射光直径、入射角、多面体几何尺寸等因素之间的变化关系。结果表明,为减小系统的入瞳漂移和增大扫描效率,应以较小的入射角入射;进行系统设计时,若给定扫描角,扫描效率一般选择在0.4～0.7范围内较合理。     

二维扫描型激光雷达的扫描特性分析

在光反射矢量理论和反射镜转动定理的基础上,结合反射镜转轴与镜面的偏心距所产生的影响对二维扫描成像特性进 行了分析,给出了单点二维扫描的公式,并以此为基础得到了仿真图像。同时对线状发射光的反射情形进行了理论计算,给出了二维扫 描镜的联合作用矩阵,得到了经过二维扫描镜两次反射后线状发射光在目标面上的投影长度以及偏转角,为后续的数据处理提供了一些 参考依据。最后对二维扫描镜的形状进行了设计分析,以保证在满足接收视场的情况下最大程度地利用扫描镜镜面,降低扫描镜的转动惯 量,从而降低负载电机的功耗。     

摆扫式面阵CCD航空相机的像旋转分析

航空相机在进行拍照时,通常采用45°扫描反射镜绕光轴摆扫或步进,进行多行迹摆扫式拍照,以增大对地面景物的观测范围,但当扫描镜绕光轴旋转对物体进行观测时,物体反射像也将绕轴进行旋转,目标相对探测器(CCD)产生了像旋转。通过运用光线矢量与光轴旋转变换的方法,建立了相机的数学模型。根据该模型,针对扫描反射镜旋转所产生的像旋转,利用光学矩阵建立了扫描镜转角与像旋转角之间的关系,对比各种消除像旋方法的优缺点,提出了采用扫描镜与像面旋转机构同步旋转结合的方法实现消除像旋,为工程设计提供了必要参考。     

激光扫描镜的应用研究

就激光扫描技术中关键部件---扫描镜进行了应用研究,并对其在宽片磁带表面缺陷的检测系统中所采用的旋转多面体扫描镜进行了理论分析,推导出多面体扫描镜的设计公式及参数选择。     

45°旋转扫描镜多元并扫的红外图像校正建模与仿真研究

对某遥感卫星红外扫描成像仪45°旋转扫描镜多元并扫成像中产生的图像像旋现象进行了分析,构建了图像校正模型。阐述了像旋产生的机理及图像校正方法。通过对遥感图像的仿真分析,初步验证了地面软件消像旋方案的正确性与可行性。     

大气成分临边探测光谱仪摆镜控制系统设计

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱 仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验 平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15′′ , 最大偏差小于 19.6′′ , 最小偏差小于 7.46′′ , 满足工程预研阶段的主要指标要求。     

紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜拓扑优化设计

为了研究某紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜工作在运动状态的轻量化问题,提出了以扫描镜动态面形为设计约束的拓扑优化方法.对设计约束进行了有效的简化,降低了计算的复杂程度.使用拓扑优化方法得到了在转动条件下扫描镜的最优轻量化形式.分析结果表明,拓扑优化后的扫描镜轻量化率为47.3%,动态面形PV值和RMS值分别为19.36 nm和5.65 nm,比优化前分别提高了18.45%和17.40%,同时,扫描镜的一阶频率提高了113.8 Hz.分析结果说明了以动态面形为设计约束进行扫描镜拓扑优化的合理性.     

周视扫描成像红外双波段光学系统设计

介绍了一种周视扫描双波段红外光学系统,该系统利用K镜消除像旋转,能对中波3～5μm、长波8～10μm光谱进行双波段成像,且同时具有较大的扫描视场和较宽的光学口径.系统结构简单,装调方便,成像质量优良.