全景式航空相机扫描反射镜及支撑结构设计

作者： 孙建军   来源： 现代机械 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空相机   扫描反射镜   支撑结构   柔性支撑  

描述： 扫描反射镜是航空相机光路转折、像移补偿和自准直调焦的关键部件,扫描反射镜及其支撑结构的设计水平对航空相机的性能有重要影响。以某全景式航空相机为例,在总结了扫描反射镜尺寸、轻量化结构、柔性支撑结构的一般设计方法基础上,设计了三角形和四边形轻量化孔组合形式的扫描反射镜结构,并提出了一种背部三点柔性支撑结构形式,经验证可以满足设计指标中对反射镜面型精度的要求。

可见光/红外双视场全景式航空侦查相机光学系统设计

作者： 朱海滨   邵毓   张远健   周亮   徐志刚   朱大略   山俊晶   来源： 应用光学 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 可见光/红外   双视场系统   航空相机   光学设计  

描述： 为提高航空侦查识别目标能力以及满足部队全天候作战需要,设计了一种应用于全景航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统。可见光光学系统焦距为165mm/660mm,相对孔径为1:8.8,视场角为

全景式航空相机扫描反射镜及支撑结构设计

作者： 孙建军   来源： 现代机械 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空相机   扫描反射镜   支撑结构   柔性支撑  

描述： 扫描反射镜是航空相机光路转折、像移补偿和自准直调焦的关键部件,扫描反射镜及其支撑结构的设计水平对航空相机的性能有重要影响。以某全景式航空相机为例,在总结了扫描反射镜尺寸、轻量化结构、柔性支撑结构的一般设计方法基础上,设计了三角形和四边形轻量化孔组合形式的扫描反射镜结构,并提出了一种背部三点柔性支撑结构形式,经验证可以满足设计指标中对反射镜面型精度的要求。

双波段/双视场全景航空相机光学系统设计

作者： 朱海滨   张远健   周亮   徐志刚   朱大略   来源： 光学仪器 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 双波段   航空相机   双视场   光学设计  

描述： 为提高航空相机识别目标能力,设计了一种应用于全景式航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统,可见光光学系统焦距为200 mm/400 mm,相对孔径为1∶8.8,视场角为9.4°×7°/4.7

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

作者： 刘超   丁亚林   田大鹏   杜言鲁   孙崇尚   来源： 仪器仪表学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 像旋   自动控制技术   航空相机   双向控制   鲁棒内环补偿器  

描述： 为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10~(-3))°、(5.224 74×10~(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。

双镜头航空相机投影转换误差分析

作者： 周海岸   黄巧林   林招荣   刘秀   来源： 航天返回与遥感 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空相机   误差仿真   双镜头   投影转换   蒙特卡罗方法  

描述： 主点误差限为0.5像元,主距误差限为1像元,相对角元素误差限为10″,相对线元素误差限为1mm,相对航高误差限为150m时,投影转换误差可控制在2像元内,且相对角元素误差为主要误差源。

航空相机像旋动态调制传递函数分析与研究

作者： 刘超   丁亚林   田大鹏   杜言鲁   孙崇尚   来源： 光学学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 成像系统   像面旋转   旋转像移   航空相机   调制传递函数  

描述： 航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转,会导致图像模糊,成像质量下降,必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前,通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度,都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空相机成像质量与像旋补偿系统其他指标之间的直接关系,提出基于极坐标系的动态调制传递函数(MTF),并提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的方法测量航空相机旋转像移动态MTF。设计扇形靶标旋转动态成像实验,利用旋转动态MTF和倾斜刃边法得到图像动态MTF计算值,并基于图像模糊路径测量转台转动时图像动态MTF测量值。实验结果表明,转台以20~300(°)/s匀速转动时,空间频率在旋转动态MTF到达第一个零点频率前,动态MTF计算值和测量值曲线近似重合,验证了旋转动态MTF的正确性;空间频率在小于0.7零点频率范围内,两动态MTF曲线相对误差最大值和均值分别小于6%,2%,进而证明了测量方法的准确性。

航空相机地物反射镜结构设计与分析

作者： 邵毓   来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 轻量化设计   像质评价   有限元分析   地物反射镜   航空相机  

描述： 航空侦察克服了地球曲率和地形障碍对地面侦察设备视线的限制,弥补了卫星侦察细节不足和时效性差的弊端,在战场情况瞬息万变的现代战争中表现出不可或缺的地位。随着航空相机远距离成像对细节的分辨能力需求不断提高,光学系统焦距和口径都随之增大,地物反射镜作为光学系统的重要组成部分,其使用环境下面形精度的保证情况对系统成像影响越来越受到重视。众多研究者从事过工作载荷及环境下反射镜面形变形的研究,指出反射面的面形变化与反射镜的形状、支撑方式、载荷以及轻量化的程度存在一定的比例关系,比例系数一般根据经验给定。随着计算机技术的普及,光机热集成分析方法应运而生,通过多项式拟合作为桥梁,将结构有限元分析的结果带入到光学设计软件中,经过光学系统成像质量评价得出结论,作为判断反射镜结构设计能否满足整体设计要求的依据。论文分析了光学系统成像质量评价的方法,指出MTF评价方法由于在设计和实际检测中具有相同的评价结果而受到广泛的重视;同时分析了有限元分析方法在现代光机设计中的应用,指出有限元分析得到的表面变形数据是离散的数据,不能直接应用到光学软件的分析中;最后介绍了Zernike多项式,由于其系数项与光学初级像差有一定的联系,近年来常作为将有限元分析数据到转换到光学设计软件中进行像质评价的转换纽带。论文以薄板理论为依据,分析了受重力作用下反射镜反射面面形的变形原因。讨论了材料、结构形状和支撑方案对反射镜面形的影响,列举了常用的反射镜材料、支撑方案的特点和不同减重形式的对比。同时指出,航空相机使用寿命较长,只通过粘结剂粘接反射镜和与其连接的结构支撑件存在安全隐患。最后,论文对一420×280长圆形反射镜结构进行了设计和分析。通过光学设计确定了地物反射镜几何形状和面形误差参数,经加工能力分析最终给出的地物反射镜的设计指标;通过背部开放和封闭两种轻量化形式及对应的支撑方案进行对比设计;通过有限元分析方法对组件反射面变形分析,通过Zernike多项式拟合传递到光学设计软件中,对设计指标的符合程度进行了评价,最终通过加工装配后的反射镜组件的光学性能检测证明和验证了理论分析的正确性,所设计的地物反射镜能够满足光学系统对反射镜面形精度要求。由于时间及课题篇幅的关系,论文并未对所有结构件进行分析,这些零件组合后对反射面是否存在应力应变并没有详细的讨论。另外,由于相机处于环控状态下,保持常温的工作环境,设计中并未对在温度变化下反射镜面形的变化进行分析和设计。这些工作都将在日后的工作中不断完善,并结合相机飞行照相和环境试验,在极端温度、压力、振动等条件下,反射镜面形的变化和支撑结构的稳定性做详实的跟踪和记录,以考核在实用状态下设计的质量。

一种长焦距航空相机振动隔离技术研究

作者： 杜言鲁   来源： 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 减振系统   光学传递函数   振动   航空相机   图像退化仿真  

描述： 20世纪以来,航空成像与测量技术得到了快速发展,已广泛应用于资源普查、地形测绘、军事侦察等诸多领域。为获取地面景物的高分辨率图像和地理位置信息,航空相机光学系统的焦距越来越长,此时振动已成为影响航空相机成像质量与测量精度的重要因素。本文结合某型长焦距斜视航空相机,分析了振动对相机成像质量与测量性能的影响,为提升相机动态成像性能,对振动隔离技术进行研究,主要包括以下几个方面的内容:根据长焦距斜视航空相机的工作原理,建立了摆扫成像过程中物点与像点间的映射关系,推导出斜视成像下振动像移模型,对线振动、角振动引起的振动像移进行分析,指出角振动(尤其是横滚轴方向的角振动)是影响相机成像质量的主要因素。为客观地评价振动对相机成像质量的影响,建立了振动像移与系统光学传递函数间的量化关系。着重分析了正弦振动、随机振动下的动态调制传递函数,对振动引起的图像模糊程度进行评价;针对正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态调制传递函数计算方法;针对随机振动,提出基于谱密度函数复现时域随机信号的动态调制传递函数数值计算方法。采用曝光时间内像移函数的一阶统计矩,对图像几何变形进行评价;分析了同等振动幅值下图像几何变形随振动频率的变化情况,指出高频振动主要导致图像模糊,低频振动引起图像几何变形。为直观地反映摆扫方向和垂直于摆扫方向上的振动像移引起的图像退化情况,根据TDICCD工作原理,建立图像退化仿真模型;指出摆扫方向上的振动引起图像拉伸或压缩,垂直于摆扫方向上的振动导致图像拖影、扭曲。依据机载惯导系统测量出的载机位置、姿态信息以及相机俯角、位角信息,根据齐次坐标变换理论和地球椭球计算理论,提出一种直接对地目标定位算法;着重分析了相机与载机间减振器角振动误差对目标定位精度的影响,指出横滚轴方向角振动误差对目标定位精度影响严重,给出了提高目标定位精度的措施。结合振动环境下长焦距航空相机成像性能分析需求,为量化分析载机随机振动、振动隔离系统、振动传递效率以及残余振动对相机成像质量的综合影响,建立了一种基于功率谱的振动隔离与成像性能分析模型,并采用MATLAB软件编写了仿真分析界面,对长焦距航空相机振动隔离与成像性能进行了仿真分析。为提升振动隔离性能,对相机减振系统进行了分析、设计与试验。通过建立相机减振系统的振动分析模型,得出无振动耦合时减振系统刚度、阻尼以及安装间距间应满足的量化关系,为减振系统设计提供理论指导。为实现减振系统具有较低的固有频率(6Hz),选用金属螺旋弹簧作为弹性支撑元件;选用可调式旋转液体阻尼器,提供附加阻尼并实现减振系统阻尼可调,对减振系统中旋转液体阻尼器的布置以及阻尼值选取给出了设计方法。采用多体系动力学分析软件分析了减振系统的频率特性和振动耦合特性。通过正弦扫频试验,对减振系统的固有频率和传递率曲线进行测试,与仿真分析结果一致。通过随机振动试验,测试随机振动下减振系统的动态响应,测得减振系统隔振效率达到92.2%;采用自准直仪对角振动信号进行测量,分析了在不同阻尼系数下减振系统的振动耦合程度,通过调节各旋转液体阻尼器的阻尼值,可在一定程度上减小耦合出的角振动幅值。最后通过成像试验,验证了该减振系统可满足长焦距航空相机隔振性能要求。本论文中建立的基于功率谱的振动隔离与成像性能分析模型,可用于预估振动环境下相机的成像质量,对振动隔离系统设计具有一定的指导意义。通过对相机减振系统进行分析、设计与试验,提升振动隔离性能,使得在复杂振动环境下航空相机高分辨率成像。

航空相机检测仪系统的设计与实现

作者： 叶华   李彬   高培淞   刘禹   张赫   来源： 国外电子测量技术 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 地面保障   航空相机   检测仪   ARINC429   分层设计  

描述： 航空相机是一种重要的机载光电设备,在航空对地测绘等领域有着较为广泛的应用,为方便、直观地对航空相机进行地面检测,设计和实现了一种配套某型航空相机的检测仪系统。根据航空相机地面保障设备任务书和相机与地保设备通讯协议,给出了检测仪系统的功能需求。根据相机的接口要求和系统计算能力的要求,设计了检测仪系统的硬件方案。根据软件部分的功能需求,提出了一种新的分层架构,同时详细论述了软件系统的关键技术,描述了程序的运行流程,给出了检测仪系统的软件设计方案,并在VC6.0环境下实现了检测仪软件系统。针对检测仪的工作方式,设计了测试流程,并根据流程对检测仪进行了详尽的测试,经多次测试,检测仪工作正常。测试结果表明,检测仪系统满足了对其功能的全部要求,运行稳定,操作简便,显示直观,可以应用于航空相机地面保障任务。