To accurately launch laser, a fast-steering mirror (FSM) with flexure hinge is designed. First, actuators, angle sensors and flexure hinge were designed or selected respectively according to requirements of vehicle track-launch system. Then, the servo control system with two closed loops was projected after fine manufacturing and assembling. Finally, the pointing precisions of FSM on the static and vibrancy platforms were tested. The results show that the designed FSM with pointing error range on the static platform is less than 0.9″, and less than 44.5″ on the vibrancy shaker, which can meet the requirements of vehicle track-launch system application.

为了实现可见光电视的距离和温度调焦功能, 设计了一款高精度、小体积的调焦平台。根据可见光电视的光学设计结果及功能需求, 提出了调焦平台的主要技术指标。依据此指标展开了高精度直线电机、精密直线导轨、高刚度平台基座及调焦量计算公式的详细设计、选择与解算。其中, 高性能元器件的采用确保了调焦平台自身的运行性能, 调焦量计算公式的精准解算保证了可见光电视的调焦效果。在完成调焦平台的精密加工和装调后, 采用电感仪和平行光管分别对调焦平台的行程、分辨力、全行程精度及其对可见光电视的温度调焦效果进行了实验检测与验证。结果表明: 所设计的调焦平台体积小(80 mm×90 mm×30 mm)、行程大(-2.5 mm～+2.5 mm)、分辨力(6 μm)和全行程精度高(方位、俯仰方向偏差均不超过10″)、调焦量计算公式准确, 能够保证可见光电视系统距离和温度调焦功能的实现。

A novel design of a two-axis fast steering mirror (FSM) with piezoelectric actuators is proposed for incoherent laser beam combination. The mechanical performance of the FSM is tested. The results show that the tilting range of the mirror is about 4 mrad, and the 1st-order resonance frequency is about 250 Hz. A self-designed grating encoder is taken as the sensor, which ensures the optimal precision of 10 μrad. The novel mechanical design can meet the requirement of engineering in incoherent laser beam combination.

针对星上激光通信终端二维转台的精确控制，设计了实时测量转台旋转角度的专用型光电角度编码器。根据星载激光通信终端所需测角系统的设计指标，分别对光电角度编码器的码盘、指示光栅及光电信号的提取方法进行了设计和选择。其中，格林二进制绝对式编码结合高质量的电子学细分，实现了编码器24位的绝对角度测量; 四象限矩阵编码方式有效地减小了码盘的径向尺寸; 分体读数头式指示光栅较整周玻璃盘大幅度压缩了体积和重量。在室温条件下对安装在星载激光通信终端上的光电角度编码器进行了测角精度检测。结果表明: 该测角系统的角度测量精度约为0.7″(优于1.0″)。激光通信终端设备的在轨稳定运行及捕获、跟踪和通信功能的正常发挥，进一步验证了所设计的光电角度编码器测角精度高、抗辐射能力强、工作可靠性高，满足星载激光通信终端设备的应用要求。

为了提高机动车载跟瞄发射系统的瞄准精度，提出在其发射光路中引入快速反射镜来修正发射激光的方向。研究了快速反射镜激光指向修正量和粗红外跟踪脱靶量以及反射镜空间实时绝对角度的关系，结合激光发射光路和红外跟踪光路的结构特点，提出了将船摇坐标变换理论应用到快速反射镜激光指向修正量的解算中。建立了快速反射镜激光指向修正量与粗红外跟踪、快速反射镜空间位置的关系，并通过MATLAB编写了M函数，建立了SIMLINK仿真模型。基于仿真模型得出了激光指向修正量与快速反射镜转角的关系数据以及在快速反射镜工作范围(± 6′)内的简化公式。试验结果表明: 该解算算法正确，解算精度较高，最大静态解算误差为2.9″; 载车在三级公路上以20 km/h的速度跑车时，激光指向的控制精度为方位角11.65″、俯仰角15.38″，均满足项目指标要求。

设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。

为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙, 改善FSM系统的指向精度, 设计了一种轴系间隙消除装置。在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上, 分析了FSM系统指向误差的来源。然后, 设计了轴系间隙消除装置, 计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定。最后, 针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试。结果表明: 该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度, 使其在方位方向提高约4.4倍, 俯仰方向提高约3.3倍。此外, 在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置, 不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度, 还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑, 从而进一步提高了FSM的承载能力。

为了适应车载平台恶劣的工作环境，设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器，并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后， 应用有限元分析方法，有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接，主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载，从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后，组建了伺服控制系统，并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示: 所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67 Hz，方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″，表明控制系统稳定实用，满足车载平台的应用要求。