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2014年  7卷  第6期

综述
星载光电捕获跟踪瞄准控制技术分析
王卫兵, 王挺峰, 郭劲
2014, 7(6): 879-888. doi: 10.3788/CO.20140706.0879
摘要:
本文以天基监视为研究背景,主要围绕星载光电捕获跟踪瞄准(ATP)控制技术展开研究,针对卫星调姿变轨和跟踪架转动的多自由度配合控制过程,依次对天基监视物理模型、星载光电ATP控制系统方案和电视跟踪精度进行了分析.通过分析,不仅对这种多阶段多任务多模式切换的ATP控制有了较为清晰的理解,而且对其中所涉及的关键技术获得了较为全面的认识,对星载光电ATP控制系统设计有一定的指导意义.
光通信技术在物联网中的应用
杨秀清, 陈海燕
2014, 7(6): 889-896. doi: 10.3788/CO.20140706.0889
摘要:
介绍了物联网的定义及结构;从感知层和网络层角度,探讨了光通信技术(光纤通信和无线通信)在物联网中的应用现状和前景.光纤通信、近距离无线通信、移动通信是物联网开发的基础,制定物联网各个层面上统一的、标准化协议和技术标准是物联网未来发展必须解决的关键和难点.
超分辨率复原方法相关原理研究
陈健, 高慧斌, 王伟国, 张振东, 路明
2014, 7(6): 897-910. doi: 10.3788/CO.20140706.0897
摘要:
介绍了超分辨率复原方法的概念和理论基础;重点总结了常用的超分辨率复原方法,并对相关的理论依据、优缺点和适用范围进行了详尽分析;对超分辨率复原方法的未来发展进行了展望.超分辨率复原方法分为频域法和空域法.频域复原法原理简单清楚,计算方便,但是所建立的运动模型都是平移模型,不具有一般性,同时难以利用正则化约束,因而导致难以使用图像的先验信息进行超分辨率复原.空域复原法可以很方便地建立复杂的运动模型,同时考虑了几乎所有的图像降质因素,例如噪声、降采样、由非零孔径时间造成的模糊、光学系统降质和运动模糊等,还可以加入更完善的先验知识,相比于频域复原法,空域超分辨率复原模型更符合实际的图像退化过程,是目前应用最广泛的一类超分辨率复原方法.
信息光学
舵面角度测量中结构光光条图像自动定位方法
冯萍, 刘震
2014, 7(6): 911-916. doi: 10.3788/CO.20140706.0911
摘要:
本文提出了一种在舵面角度测量中多平面结构光光条的自动定位方法.该方法首先基于Steger方法提取舵面中多个平面的光条图像中心;然后基于直线约束和距离约束提取出各小直线段,并根据各直线段的直线方向将各小直线段归类为最后的光条直线;最后根据光条直线的位置判断各光条直线所在光平面及所在舵平面.经实验验证,本文方法切实有效,具有较高的鲁棒性.
低曝光条件下遥感相机微振动量检测
乐国庆, 郭永飞, 刘春香, 马天波, 石俊霞
2014, 7(6): 917-924. doi: 10.3788/CO.20140706.0917
摘要:
针对搭载平台颤振对遥感相机成像的影响,利用辅助高速面阵CCD相机拍摄高帧频图像序列,通过像元合并来补偿曝光时间不足,增加图像的亮度、对比度和信噪比,同时结合一种区域选择算法来选择用于计算的图像区域,最后使用灰度投影算法对振动位移量进行估计.实验数据表明,提出的改进算法误差为一个像元,在准确性和稳定性方面均明显优于原始算法.
光学功能材料
SiO2包覆对ZnS纳米材料发光的增强机制
赵健, 楚学影, 李金华, 方铉, 王晓华
2014, 7(6): 925-930. doi: 10.3788/CO.20140706.0925
摘要:
为了明确团聚现象及表面性质对ZnS纳米材料发光性质的影响,采用SiO2对ZnS材料进行了表面修饰,并对ZnS及ZnS/SiO2复合材料的光学性质进行对比研究.采用吸收光谱分析了包覆前后光吸收性质的差异,发现SiO2包覆后ZnS纳米材料的带边由333 nm红移至360 nm.为了研究ZnS纳米材料与ZnS/SiO2纳米复合材料的光发射性质,分别对含纳米材料的水溶液样品及粉末样品的发光光谱进行了采集.对比研究的结果表明,SiO2包覆后ZnS纳米材料在蓝紫光区的发光得到了明显增强.以氙灯作为激发光源所获得荧光光谱显示ZnS/SiO2粉末样品发光的积分强度增大为原来的17.5倍,但相同条件下针对溶液样品的测试结果显示其发光强度只增大了1.1倍,这种增强可用SiO2的存在抑制了ZnS纳米粒子间的团聚来解释,且这一推断由325 nm紫外激光激发下获得的光致发光数据进行了验证.
La1.6(MoO4)3:Eu0.43+纳米晶合成及发光特性
刘春旭
2014, 7(6): 931-935. doi: 10.3788/CO.20140706.0931
摘要:
采用燃烧法合成了La1.6(MoO4)3:Eu0.43+纳米晶末,研究了其声子-掺杂-晶格相互作用和发光性质.X射线粉末衍射(XRD)分析表明,在500~900 ℃退火后,La1.6(MoO4)3:Eu0.43+样品为单一晶相.对样品进行了光致发光(PL)测量,激发Mo6+-O2-电荷迁移带,观察到Eu3+的系列发光,表明Mo6+-O2-带和Eu3+间存在能量传递,中心波长分别在1=469 nm和2=426 nm处的两个one-phonon边带,相应的声子能量分别为767和1202 cm-1,分别对应于 Mo=O 和MoOMo伸缩振动.同时,计算了两个局域模电子-声子耦合强度的黄昆因子分别为S1=0.055和S2=0.037,为揭示其三价离子高传导特性及其负热膨胀物理特性提供了实验基础.
光学设计与工艺
基于同心球透镜的四镜头探测器阵列拼接成像系统
徐明飞, 黄玮
2014, 7(6): 936-941. doi: 10.3788/CO.20140706.0936
摘要:
为了同时实现成像系统的大视场、长焦距和高分辨率,设计了基于同心球透镜的四镜头探测器阵列拼接成像系统.首先,阐述了四镜头探测器阵列拼接方案的原理;介绍了同心球透镜的结构特点,阐述了其成像优点.然后,完成了满足实际拼接应用的同心球广角、长焦成像系统(拼接子系统)的光学设计.最后,给出了拼接子系统的像质评价并对其进行公差分析.结果表明:拼接后的系统可实现100 mm焦距和120视场成像.该系统解决了大视场和长焦距之间的矛盾,可实现超高像素成像,相对于传统光电成像系统具有巨大的优势.
激光接收与彩色电视共窗口设计
张学明
2014, 7(6): 942-948. doi: 10.3788/CO.20140706.0942
摘要:
介绍了激光接收和彩色电视共窗口的多波段光谱融合技术.采用一个焦距为20~450 mm的连续变焦距镜头(视场角在13.6810.26~0.610.46内连续变化),在会聚光或平行光的条件下,采用立方棱镜或平板玻璃分光,分别进行了对比试验.结果显示,使用会聚光下的立方棱镜分光,在大视场13.6810.26的情况下,光线入射角最大,色偏移严重,图像颜色严重失真.随着视场角的减小,光线入射角减小,图像颜色失真程度逐渐减小,越接近小视场0.610.46,图像颜色失真现象基本消失;而使用平板玻璃对平行光分光的条件下分光,连续变焦距镜头在整个视场范围内,不仅光学像差满足要求,同时解决了棱镜分光的色偏移问题,图像颜色正常,在空间尺寸苛刻的情况下,彩色电视光学系统MTF在108 lp/mm时达到了0.3,设计结果满足工程应用要求.
CO2探测仪单通道光学系统设计验证方法
高明辉, 郑玉权
2014, 7(6): 949-955. doi: 10.3788/CO.20140706.0949
摘要:
为验证CO2探测仪光学设计的合理性和可行性,采用单通道模拟样机,利用太阳光加漫反射板模式对大气光谱进行实验测试,并在实验室对单通道模拟样机进行光谱定标.利用光谱配准算法对两种方法得出的谱线位置进行匹配计算,结果表明:在吸收线深度稳定位置的配准峰值点偏差小于0.006 nm,满足算法的精度要求.此种方法不仅验证了匹配算法的有效性,也验证了光学系统设计的合理性和可行性,为以后的光谱仪设计提供了理论与实验数据.
成像角膜曲率计的光学设计
何远清, 刘永基, 翟奕
2014, 7(6): 956-961. doi: 10.3788/CO.20140706.0956
摘要:
为了提高角膜曲率计的测量精度,借助于现代光电子技术,设计了一款高精度的成像角膜曲率计.系统包括环形物、一次成像系统、角膜、二次成像系统和CCD探测器.首先在ZEMAX软件中,设计了成像角膜曲率计的一次成像系统和二次成像系统,分别对两个成像系统进行优化设计;然后通过半透半反镜组将一次成像系统和二次成像系统拼接,组成成像角膜曲率计的光学系统,并对其进行整体的优化设计.最后,利用TracePro对所得的环形像进行模拟和分析.结果表明:所设计的成像角膜曲率计的测量范围约为30~60D(对应角膜曲率半径5.5~11 mm),测量精度在角膜曲率半径7.8 mm时达到0.072D.
行星光学远程着陆模拟器光学系统设计
唐杰, 蔡盛, 乔彦峰
2014, 7(6): 962-968. doi: 10.3788/CO.20140706.0962
摘要:
为了实现对行星光学远程着陆过程的光学模拟以及满足行星光学远程着陆系统导航算法的地面测试需求,提出了以商用投影仪显示系统为基础的模拟器光学系统方案,重点阐述了系统的光学设计思想,并给出了设计结果.首先,介绍了模拟器的工作原理和系统组成,在此基础上,由技术要求及所选择的投影仪和CCD参数确定了投影镜头和成像镜头的光学系统指标,最后给出了投影镜头、成像镜头及系统对接的光学结构图,像差曲线、点列图和MTF曲线图.仿真分析结果表明:系统的点列图中的弥散斑对称性都很好,有利于模拟器系统的后续图像处理和判读,同时系统在Nyquist频率(91 lp/mm)处的MTF设计值接近0.6,系统整体成像性能良好.设计结果可作为研制行星光学远程着陆模拟器系统的基础.
大视场曲面复眼光学系统设计
王晶, 崔恩坤
2014, 7(6): 969-974. doi: 10.3788/CO.20140706.0969
摘要:
本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题.该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成,各子复眼光学系统相互独立,其光线相互交叉.在系统中引入自由曲面透镜,自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线偏折,使同一子系统的微透镜成像于平的像面上.每个子系统包括一层微透镜阵列,一个自由曲面透镜,一光阑阵列和后续像差校正镜.相比较于传统的复眼系统,该结构对复眼边缘视场的像差校正能力更强,能很大程度地提高边缘视场的像质.该系统的理论视场可达180,制造精密要求不高且适用性强.本文最后通过光学软件zemax对光学系统进行了模拟验证,证明其可实现性.
矩形离轴非球面反射镜双摆法加工与检测
宋淑梅
2014, 7(6): 975-981. doi: 10.3788/CO.20140706.0975
摘要:
介绍了一种轻质矩形离轴非球面反射镜的加工与检测方法.针对矩形离轴非球面镜这种直角效应的加工难点,提出双摆式加工工艺,并设计改造双摆式加工机床使该方法得以实现.采用该方法加工完成某多光谱仪光学系统中4块矩形离轴非球面反射镜(其中最大尺寸为266 mm110 mm),最终加工得到的面形精度均优于0.020(RMS, @633 mm)的设计指标要求.加工结果表明,用该加工技术既提高了光学加工效率又利于得到较为平滑的面形质量.
大气与空间光学
空间光学遥感器热试验外热流模拟及程控实现
关奉伟, 刘巨, 于善猛, 黄勇, 崔抗
2014, 7(6): 982-988. doi: 10.3788/CO.20140706.0982
摘要:
以某太阳同步轨道空间光学遥感器为例,阐述了空间外热流分析计算、热平衡试验外热流模拟以及外热流程控加载的全过程.首先,总结了空间光学遥感器外热流模拟的完整流程.其次,简要介绍了太阳辐射、地球反照、地球红外辐射三种空间外热流的计算方法.然后,对该空间遥感器进行了空间综合吸收外热流计算,获得了阳照区及阴影区外热流平均值.最后,确定了热平衡试验外热流的模拟方法和策略,利用LabVIEW语言编写了程控电源开环控制程序,实现了热试验外热流的准确加载.试验结果表明,外热流值加载偏差在2.5%以内,满足热平衡试验要求.
空间臂式补偿机构轴承预紧力与系统刚度关系分析
王智, 郭万存
2014, 7(6): 989-995. doi: 10.3788/CO.20140706.0989
摘要:
为了补偿空间光学望远镜在轨跟踪目标过程中受空间各种因素影响而导致的光学系统视轴和目标之间产生的相对移动和旋转(即指向偏差和指向振荡),设计由臂式补偿机构控制望远镜补偿与目标的相对运动.但由于臂式补偿机构的尺寸和质量严格限制在一定范围内,且望远镜尺寸很大,质量达3 000 kg,这种结构形式导致系统刚度很低.为了满足控制系统提出的结构高刚度要求,在系统结构形式确定的情况下,分析施加轴承预紧力提高系统刚度的可行性.分析了轴承预紧力、轴承刚度和系统刚度之间的关系,获得了轴承预紧力与系统固有频率的关系.分析证明在系统结构形式确定的情况下,施加合适的轴承预紧力,可以提高系统的刚度,同时为轴承最佳预紧力的确定提供了一个有效的方法.
光学仪器与测试
全景式航空遥感器TDI CCD精密装调必要性分析及实现方法
张健, 张玲花, 刘立国, 张景国, 陈伟, 张雷
2014, 7(6): 996-1002. doi: 10.3788/CO.20140706.0996
摘要:
为保证全景式航空遥感器的成像质量,对其TDI CCD精密装调展开了研究.首先介绍了全景式航空遥感器及TDI CCD的工作原理;然后对TDI CCD时间延迟积分方向与摆扫像移方向夹角引起的TDI CCD调制传递函数的下降展开理论研究,计算结果表明全景式航空遥感器TDI CCD必须进行精密装调;最后给出了全景式航空遥感器TDI CCD精密装调的实现方法.装调结果表明,该方法可达到很高的装调精度,当级数为200级时,装调误差引起TDI CCD在乃奎斯特频率处的调制传递函数下降为0.999 9,完全满足全景式航空遥感器的使用要求.
差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用
汤兆鑫, 黄玮, 许伟才, 刘立峰, 徐象如
2014, 7(6): 1003-1011. doi: 10.3788/CO.20140706.1003
摘要:
为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.
干涉测量波面重构DCT算法研究
王永伟, 艾华, 卓仁善, 曹艳波
2014, 7(6): 1012-1018. doi: 10.3788/CO.20140706.1012
摘要:
采用一种空间移相干涉仪测量凹形非球面反射镜光学表面,使用偏振元件和多幅图像同步采集实现移相,并对测量得到的干涉条纹采用基于离散余弦变换的相位解包裹算法,对不连续相位分布采用非加权的最小二乘法进行优化目标函数,最终重构出被测光学表面的面形.这种结构形式的干涉仪具有一定的抗振能力,同时在数字图像处理上优化了算法,能够快速稳定地得到被测面形,而且对硬件要求不高.结果表明:这种算法能够适用于非实验室条件下的光学测量,在一定干扰条件下可以达到较高的测量精度.
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