中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
电磁频谱是继陆、海、空、天、网之后的第六维作战空间, 并贯穿于其他五维空间的作战中。为有效应对电磁频谱空间的挑战和威胁, 美国**部提出了电磁频谱作战概念, 对未来作战样式乃至战争形态产生深远影响。本文从电磁频谱应用角度出发, 系统性介绍了美国**部对电磁频谱的应用现状和代表性工作。首先, 系统性梳理了电磁频谱的传统**应用, 如无线通信、雷达、信号情报、红外传感器、电子战、导航战；其次, 重点介绍了电磁频谱的新兴**应用, 如5G 通信、人工智能应用、激光通信、定向能**、反无人机系统以及新兴概念；最后, 总结了美国**部制定的电磁频谱战略和政策, 结合国内电磁频谱的发展水平, 提出了加强我国电磁频谱作战能力的对策建议。
电磁频谱 电子战 信号情报 定向能** 反无人机 应对策略 electromagnetic spectrum Electronic Warfare(EW) Signals Intelligence(SIGINT) directed-energy weapons counter-unmanned aircraft systems countermeasures 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 703
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京 100094
针对高轨抵近威胁在轨自主感知问题，总结归纳了地球同步轨道空间态势感知计划的发展历程、平台情况、轨道特性、任务操控、总体指标；分析了GSSAP (Geosynchronous Space Situational Awareness Program)卫星的抵近观测成像模式，提炼出绕飞成像、掠飞成像在轨运行模式，深入研究了近年来GSSAP卫星两行轨道数据，结合我国高轨卫星的轨道信息，挖掘出GSSAP对我国高轨卫星的数十次潜在的抵近侦察活动；基于实测数据分析了GSSAP-4抵近实践-20卫星的整个过程，计算出二者的相对距离、太阳相位角等信息，在距离为10~133 km、太阳相位角为44.67°~134.37°的条件下，对GSSAP的光电载荷进行了成像效果仿真。结果表明：GSSAP对我国GEO (Geosynchronous Orbit)卫星执行了多次抵近监视，在口径为500 mm，F数为10，像元间距为6.5 μm，像素规模为1024×1024，积分时间为20 ms时，GSSAP在顺光观测条件下，可以对目标进行高分辨率的精细化成像，能够看清目标的细节信息，对我国GEO高价值资产带来严重威胁。
高轨态势感知 GSSAP卫星 抵近观测 绕飞成像 掠飞成像 太阳相位角 geosynchronous situational awareness GSSAP satellite close-in observation fly-around imaging fly-by imaging solar phase angle 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220759
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220417
1 海军驻长春地区航空军事代表室, 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
在激光准直技术的基础上, 以金字塔棱镜作为合作目标, 实现一种非接触式的三维小角度测量。提出了通过光斑质心位置同时求解俯仰角、偏摆角和扭转角的算法, 并在此基础上设计了测量系统, 完成了建模和仿真实验。实验结果表明, 该方法具有工作距离远、精度高、范围适中的特点, 具有良好的工程应用价值。
角度测量 光学准直 金字塔棱镜 angle measurement optical collimation pyramid prism
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现三维角度的同时测量, 提出了一种基于柱透镜组的小角度测量方法。首先, 在传统激光准直法的基础上, 采用柱透镜组和特殊的四面体反射镜代替平面反射镜作为合作目标, 用于表征三维角度的变化。然后, 利用矩阵分析光束在传播过程中的形状、位置参数变化, 说明了采用柱透镜组进行小角度测量的算法。最后, 在实验室条件下对扭转角的测量进行了实验验证。实验结果表明: 在工作距离12 m, 光束直径5 mm时, 扭转角测量范围20′, 测量误差RMS值优于8″, 基本满足非接触小角度测量的要求, 具有一定的工程实用价值。
光电测量 角度测量 激光准直 柱透镜组 photoelectric measurement angle measurement laser collimation cylindrical lens
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
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。
模拟器 光学系统设计 光学远程着陆 simulator optical system design autonomous landing based on optical navigation
1 中国科学院大学, 北京 100039
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
根据工程实践中大型结构三维角度变形的产生原因和测量需要, 对目前能实际应用到工程场合的光学小角度测量方法的研究现状进行了叙述和分析, 着重介绍了自准直法, 偏振光法、光源靶标法、莫尔条纹法、像形畸变法、摄影摄像测量法等, 对比各方法的特点, 探讨了光学三维角度变形测量技术面临的问题和未来的发展趋势。
角度测量 结构变形 光学方法 angle measurement structure deformation optical method
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了用Zernike环多项式分析光电经纬仪主反射镜变形的方法。首先推导了将有限元分析的变形结果转换成基于波前坐标系的数据形式的转换公式，然后用Zernike环多项式对某光电经纬仪主反射镜的变形进行拟合，计算了主反射镜变形引起的面形误差的峰谷值(30.7 nm)和面形误差均方根值(6.3 nm)，与实际测量结果相比误差分别为9.2%和10.5%。根据Zernike环多项式系数与Seidel多项式系数的关系，得到了主反射镜变形对光学系统像差造成的影响。将Zernike环多项式系数导入光学系统分析软件Zemax中，可对主反射镜变形后的光学系统进行综合分析，为光学系统修正提供参考。
光学设计 Zernike环多项式 光电经纬仪 主反射镜 有限元分析 拟合 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 072201
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为确定三维显示中视差障栅(PB)的最优参数，提出一种基于彩色叠栅条纹的PB参数设计方法。液晶显示器(LCD)和PB简化为相应参数的黑白光栅模型，而具有特定参数的特定辐射光栅作为周期和倾角变化的PB模型，通过序数方程和傅里叶分析方法分析特定辐射光栅和LCD单色等效黑白光栅的叠加图样，由此推断出不同PB周期的低频主导条纹频率组项，然后利用傅里叶理论的部分和提取方法（PSE）分析不同PB周期的低频主导叠栅条纹的强度轮廓，得出PB的最佳节距和相应倾斜角度。实验结果表明，所设计的PB三维显示系统没有出现降低像质的叠栅条纹，具有较好的三维显示效果。
彩色叠栅条纹 视差障栅 特定辐射光栅 序数方程方法 傅里叶分析 部分和提取 低频主导叠栅条纹
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院, 北京100039
一维狭缝光栅实现平面三维显示具有低成本、光栅参数易于改变和无需对焦的优点, 但存在遮挡画面影响亮度的缺点;二维透镜阵列具有全视差且深度感知自然的优点, 但存在显示像素低和观察视角小的缺点。为了同时兼顾上述两种方案的优点, 结合一维狭缝光栅和二维透镜阵列提出了一种基于二维方孔光栅的平面立体显示方案。Lighttools软件仿真实验结果表明：基于二维方孔光栅的平面三维显示原理可行, 其像质因子略小于一维狭缝光栅的像质因子, 但继承了一维狭缝光栅和二维透镜的优点, 是实现平面三维显示的一种新的发展方向。
平面三维显示 纵横视差 像质因子 flat-panel 3D display longitudinal and horizontal parallax image quality factor
