介绍了四棱锥传感技术的基本原理和数学模型.当以调制模式工作时,可计算复原矩阵或梯度矩阵.分析了调制半径在不同像差条件下对复原速度和精度的影响,对无调制模式采用复原矩阵进行了仿真,并与调制模式进行了对比.实验结果表明:无调制状态下,经过校正,残差RMS可减至0.05,调制状态下,梯度矩阵重构效果较好,残差RMS可减至0.02;对大像差的输入信号,调制模式的精度和速度都优于无调制模式.结果表明,四棱锥波前传感技术具有高速度、高精度和灵活的工作模式,是一种先进的波前传感技术.

针对接触式测量方式在精密检测过程中触针易磨损、扫描速度较慢和扩展性差等问题,开发了基于虚拟仪器和激光三角法的散热片外形精密测试系统.对散热片外形尺寸的测量原理进行了分析,并对测试系统硬件结构、软件结构、数据采集和滤波算法等关键技术进行了研究,给出了圆弧半径的具体测量评定方法.

以目前国内研制的多光源太阳模拟器光学系统为研究对象,采用数值计算和软件模拟相结合的的方法对太阳模拟器光学系统光源存在不同空间角度偏差时光斑汇聚形式和汇聚效果进行了分析,确定光源允许产生的最大位置偏差,并依据研究结果指导光斑的调节.结果表明,太阳模拟器光源的空间位置是影响复合光斑形状和能量分布的关键因素,可为太阳模拟器光源调节系统的设计、光斑数据分析和关键零部件加工精度的确定提供参考.

为了研究Compton散射对等离子体球太赫兹(THz)散射特性的影响,将多光子非线性Compton散射模型引入到该研究中,提出了将Compton散射作为影响等离子体球太赫兹散射的重要因素,给出了各向异性等离子体球散射场修正方程及介电常数张量、观测方位、极化状态等因素对THz波散射的影响,并进行了仿真实验.结果表明:微分散射截面随THz波频率变化近乎呈准谐振规律变化,较散射前增大了0.001;微分散射截面随观测方位和极化状态的变化较散射前增大了0.002.

针对以往文献提出的探测非线性误差方案比较复杂,通常不容易实行的缺点,设计了一套简单有效的系统,用以区分由光源偏振态非理想和偏振分光镜(PBS)漏光引起混频造成的非线性误差.实验结果表明,光先后两次经过PBS后漏光分量将会大大减少,相对于由光源非正交分量引起的混频误差可以忽略不计.为了最大限度地减小安装误差,提出了一种切实有效地调整PBS的方法,确保入射光水平分量的偏振面平行于偏振分光镜的参照面,并以布儒斯特角入射.

以邻菲咯啉钌为荧光指示剂,采用溶胶-凝胶法制备敏感膜,构建了可同时以强度法和相移法在线检测密闭系统中氧含量的光纤传感系统.在0~5%范围内,相移法测量的响应值tanФ0/tanФ、强度法测量的响应值I0/I与氧含量的关系可采用Stern-Volmer模型拟合,相关系数R2 > 0.998,理论检测下限为50×10-6.通过对比研究测量方法和信号输入模式的影响,对该测量系统的精度进行了评价.在低氧浓度条件下,相位测量具有更高的精度.

针对目前单摆振动特性研究方法的不足,基于视频图像处理技术,提出了一种实验测量与数值计算相结合的方法来研究单摆的振动特性.该方法能计算出单摆摆长、位移、周期和最大摆角.绘制了单摆在几种任意摆角运动下的位移时间曲线,分析讨论了单摆周期随摆角的变化规律.与传统研究方法相比,该方法简单直观且计算精度高.

针对现有的三维运动估计算法在精度、效率和稳定性等综合性能上的不足,提出了一种结合双目视觉三维重建和利用对偶四元数表达运动参数的新算法.该算法以双目视觉系统为基础,采用SIFT算法进行图像特征点的提取和匹配;根据匹配关系进行三维特征点重建,以获取三维场景中运动目标的结构参数;利用对偶四元数可同时表示刚体的旋转和平移运动的特点,实现目标对象运动参数的表达和求解.通过实验将提出的算法与现有算法(包括奇异值分解法、正交分解法和单位四元数分解法)进行比较,结果表明,该算法具有更加简洁的表达形式,在保持传统算法精度和稳定性优势的基础上提高了计算效率,具有更优的综合性能.

为了实现机器人自动焊接过程中快速、精确地提取焊缝特征信息,提出了一种基于小波变换和概率神经网络的焊接接头类型识别方法.先采用小波变换对由激光视觉传感器采集的焊接接头图像进行降噪和增强,对重构后的图像进行二值化,然后提取图像的特征信息,组成图像特征向量,最后构建概率神经网络分类器并进行测试.结合视觉传感器中激光器与摄像机的位置关系,最终识别出4种焊接接头.实验结果表明,所提出的方法特征提取简单,识别率高,并具有较好的实时性.

提出了一种新型的Lee滤波与曲波相结合的降噪方法.首先采用16个方向检测模板扫描图像,区分和标记均匀区域和边缘区域;然后分别使用Lee和改进软阈值的曲波降噪方法处理SAR图像的均匀区域和边缘区域;最后组合2种降噪结果,生成完整的降噪图像.实验结果证明,该方法既能更有效地抑制SAR图像噪声,同时又能更好地保持图像边缘信息.

介绍了一种应用激光平面干涉仪从入射面检测锥体棱镜直角误差的方法.棱镜被测角通过一个夹具被预置一个初始角,使射入棱镜内的测试平行光垂直于被测角棱,经被测直角的两个面反射后形成全反射光路,当射出的光与测试平行光重合时产生干涉,实现对锥体棱镜直角误差的测量.介绍了测量、干涉条纹图形分析和直角误差计算的方法,并与传统检测方法进行了比较.结果表明,该方法具有操作简单、测量准确、计算精度高等特点,适合于高精度锥体棱镜(α≤3″)的直角误差测量.

针对导弹整体性能测试中目标体红外辐射强度和运动特性的模拟需求,研制了基于卡塞格林式准直光学原理的便携式红外目标模拟器.该目标模拟器采用抛物面型主反射镜与双曲面型次反射镜相结合的卡塞格林准直光管作为光学系统,采用黑体作为辐射源,在可变小孔光阑和旋转台的配合下,实现了对红外目标运动特性和辐射强度的模拟.经检测表明,研制的目标模拟器焦距为414.8 mm,系统出射光平行度小于10″,黑体辐射温度范围大于80℃,可为测试红外导引头的角运动情况和红外辐射强度提供一条有效的技术途径.

为了实现大量程、高精度测量系统的快速驱动与定位,结合双频激光干涉仪、可回收废气的空气静压导轨、精密滚珠丝杆以及伺服控制系统,研制了一套定位精度高、重复性好的快速精密定位系统.该系统以双频激光干涉仪为测长基准,实时反馈系统工作台位置信息;采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对激光干涉测量光路系统的影响;在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节伺服控制器的PI参数使系统拥有快速平稳的响应特性.经实验测试,在500mm行程范围内,该系统的轴线双向定位精度可以达到0.266μm,重复定位精度可以达到0.173μm,具有较好地快速响应特性.应用所研制的精密定位系统对一维直线光栅样品进行了扫描,并与用Olympus共焦显微镜测得的数据进行了比对,表明系统具备良好的轴向定位能力.

为了满足空间交汇对接飞行器姿态精确测量的要求,设计了一种中短距离使用的宽视场远心对接成像敏感器光学系统.该对接成像敏感器光学系统焦距f=10mm,成像范围为1.5~30m,视场角为54°,光谱范围为430~680nm,工作温度范围为-40~+40℃.为满足系统成像范围的要求,利用景深公式计算了不同入瞳直径和对准距离时的成像范围,给出了易于设计、检测和保证入瞳最大化的参数设计方案,并进行了光学系统设计和消热差设计.像质分析结果表明,设计结果在使用温度范围内均能满足像质要求,结构简单,易于加工装配.

针对同轴偏场三反射镜系统,提出了一种宽视场波前误差检测方法.通过3个视场的波前误差检测,得到相应视场像差的Zernike多项式系数,利用该Zernike多项式系数减去设计误差后,随视场的变化为二次曲线,通过抛物线插值即可得到任一视场的Zernike多项式系数.仿真研究了Zernike多项式系数随视场的变化以及拟合精度等问题.仿真结果表明:对于原始设计误差,其Zernike系数随视场的变化需要用3次或4次曲线拟合;对于由主镜面形误差、次镜位置误差、次镜面形误差和三镜面形误差等引起的各视场波前误差,其Zernike系数随视场的变化可用直线或2次曲线拟合.通过事先存贮设计误差,仅需3个波前传感器即可实现全视场波前误差估计.Zernike系数估计误差在10-5量级.

新型等高仪是一种具有特殊应用功能的高精度天体测量望远镜.在简要介绍新型等高仪及其转台运动控制系统的要求后,提出了仪器转台运动控制系统的总体设计方案.以可编程多轴运动控制器(PMAC)为核心,构建了仪器转台运动控制系统硬件,并开发了相关的控制软件.介绍了该仪器转台运动控制系统的主要硬件模块、系统配置、控制系统PID参数整定和调节方法、运动控制系统上位机和下位机的软件设计方法以及各功能的具体实现过程、系统测试和运行情况.

目前在光学冷加工市场有一定量的单面抛光板材的需求量,由于这种零件大多在要求只有一个面抛光的同时,对抛光面的面型有较高的要求,采用传统的粘接剂上盘在单轴抛光机上进行单面抛光的方法,由于拆胶后零件的应力变形,无法得到要求较高的面型.双面抛光技术由于两个面同时加工,可以很好地消除抛光面的应力问题,因此在薄板型零件加工中可以得到较好的面型,但只能得到双面同时抛光的零件.介绍了几种在双面抛光机上实现高面型精度要求的单面抛光板材的加工方法.

双目视觉可用于目标的准确定位和三维信息获取.对双目视觉中的标定和定位算法进行了基于相机视角的相关研究,包括成像模型、基于相机视角的双目视觉标定和定位的基本原理等,并进行了实验验证.将其结果与传统算法进行了相应的对比分析,结果表明具有良好的标定和定位效果.

在时敏目标精确打击、导弹预警、光学遥感和测绘等应用过程中,光学载荷成像定位精度是最为重要的性能指标之一.光学载荷成像变换过程可以等效为目标点到像点的坐标变换过程.提出了一种基于成像链路分解与有限差分的光学载荷成像定位建模和分析方法.分析了典型光学载荷成像链路的组成,定义了成像变换坐标系统,分析了坐标系之间的变换关系;基于光学载荷成像模式,建立了光学载荷通用成像定位模型;提出了基于有限差分的光学载荷成像定位系统模型参数灵敏度和成像定位误差计算方法;采用摄影测量解析计算模型对所提出的模型方法进行了验证.结果表明,该方法可以得到高精度的计算结果,由于考虑了成像链路的更多细节,所以可实现更加复杂的系统建模和分析.

由于大视场光学镜头的加工误差和光敏感器件装配误差的存在,星敏感器实际模型与理想模型存在一定的差别.未校正的非线性误差对星点角度的测量影响很大.基于单星平行光入射标定模型,得出测试点与标定点之间旋转角的数学关系.以相邻点畸变误差近似相等为前提条件,完成测试星点的旋转角的畸变校正.结果表明,统计误差由校正前的7.257个像元降低到了0.246个像元.