稳像振镜系统的设计

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手持稳像望远镜系统设计的开题报告

手持稳像望远镜系统设计的开题报告一、项目背景随着科技的进步，望远镜越来越成为人们探索宇宙奥秘的工具之一。

目前市面上的望远镜种类繁多，但由于地球自转和观测时的摆动等因素的影响，手持望远镜观测时很难保持镜头的稳定。

因此，为了提高观测质量，稳像望远镜被广泛使用。

本项目旨在设计一款手持稳像望远镜系统，通过精确的姿态控制，将望远镜的观测误差控制在可接受范围内，提高观测质量。

二、研究目标本项目的主要研究目标包括：1. 设计一种手持稳像望远镜系统，通过精确的姿态控制实现稳定观测；2. 对系统进行动力学建模和分析，优化控制算法，提高控制精度；3. 测试实验室和现场实验验证系统性能，评估其适用范围和实用价值。

三、研究内容1. 系统设计和组件选型根据系统要求，选择合适的姿态传感器、电机驱动器、控制器等组件，设计系统硬件平台。

通过传感器采集姿态参数，经过控制算法计算控制信号，驱动电机进行控制。

2. 动力学建模和控制算法设计对系统进行动力学建模，确定系统状态方程和控制对象。

基于反馈控制理论设计合适的控制算法，并通过模拟仿真验证控制性能。

3. 系统性能测试通过实验室测试和现场实验验证系统稳像性能。

通过比较实验结果和理论模拟数据，评估系统控制精度和适用范围。

四、项目意义稳像技术可以广泛应用于天文观测、地学调查、军事侦察、船舶航行等领域。

本项目的研究成果可应用于实际生产和科研中，提高手持望远镜的稳定性，推动稳像技术的发展。

五、研究计划与进度预计本项目研究周期为12个月，具体工作计划如下：第一阶段（前三个月）：系统设计和组件选型；第二阶段（中间六个月）：动力学建模和控制算法设计；第三阶段（后三个月）：系统性能测试和实验结果分析。

目前已完成系统设计和组件选型，进入动力学建模和控制算法设计阶段，计划在第二阶段完成模拟仿真验证和控制算法优化。

稳像

摘要（2）电子防抖技术。

目前使用的电子防抖是针对CCD上大约2/3 的面积进行图像分析，然后根据抖动，利用边缘的图像来进行补偿[2，3，4]，大多数数码摄像机都采用这种方法。

不过，这种方法首先是降低了CCD的利用率，其次，对静态图像的帮助不大。

（3）CCD 防抖技术，其代表性厂商是柯尼卡美能达公司。

它没有把防抖装置安装在镜头中，而是设计在CCD 上。

CCD 防抖的原理就是将CCD 安置在一个可以上下左右移动的支架上，先检测出是否有抖动，由于使用陀螺传感器，抖动的检测与光学防抖基本相同。

然后传感器检测出的信号经过处理，计算出可以抵消抖动的CCD 移动量。

与光学防抖相比，这种结构避免了光学防抖补偿方式带来的球差问题，也同时解决了困扰单反交换镜头的诸多体积和由此带来的成像质量下降的各种问题，缺点就是由于对应高精度的机构要求，确保这种要求的制造技术有一定难度。

影像稳定技术在望远镜上的应用现状与数码相机和摄像机的多样化防抖动方式相比，影像稳定系统在传统望远镜上应用，通常只能采用光学防抖的方式。

国外的一些光学仪器公司已经推出了带有影像稳定系统的望远镜，而国内在这方面的研究与产品几乎处于空白。

目前带有影像稳定的望远镜厂商主要包括美国博士能（Bushnell）、日本尼康、日本佳能，以及一些俄罗斯厂商。

主要的防抖望远镜产品，放大倍数在10倍左右，并且是固定放大倍数；重量大多在1kg 左右，供电电源范围在3V-9V之间。

表1-1 是一些主要的防抖望远镜产品的数据。

表1-1 防抖望远镜的主要产品Table 1-1 Anti-Vibration telescopes望远镜型号倍率重量（g）电源长/宽/高（mm）博士能18-1035 10 1244 DC6V —尼康14x40IS 14 1340 DC6V 186/148/88俄罗斯12x40 12 2000 6 节AA 240/190/100佳能15x50IS 15 1180 2 节AA 193/152/81佳能12x36IS II 12 660 2 节AA 174/127/70佳能8x25IS 8 490 1 枚CR123 137/120/61目前最小巧的防抖望远镜是佳能8x25IS，重量只有490g，使用 1 枚3V 的CR123 锂电池，可以连续工作 6 小时。

光学稳像系统颤振抑制性能的分析与设计

件间发生频带较宽的颤振，降低了光学系统成像传递函数．使得获取的图像存在运动模糊和畸变．严重影响了图像空间分辨率水平。光学稳像技术是一种用于实时补偿光路颤振对成像影响的有效方法［１ＮＳＩ．ＡＡ－在２的ＴＡＥ相机和Ｓｌ — ＲＣｏａＢ空间望远镜上均获得良好的应用效果ｆ已成为提升空间相机分辨率水平的核心ｒ３＿．技术之一。
关键词光学遥感光学成像稳定颤振抑制空间相机中图分类号：４５８Ｖ４．文献标识码：Ａ文章编号：０９８１（０２０ — ０３０１０ — ５８２１）４０３ — ９
ＤＩ１．６／ｉｎ１０ — ５８２１．４０５Ｏ：０３９．ｓ．９８１．２０．９ｊｓ０００
ｃｍｕｅｉｌｔｎｎａｄａｅｉｅｌｏｘｅｉｎｒａｒｄｏｔａｄｔｅｅｐｒｅｔｅｕｔｊｓｆｔｅｏｐｔｓａｉｓａｄｈｒｗｒｔｐｅｐｒｒｍｕｏｎｈｏｍｅｔｅｃｒｅｕ，ｎｘｅｉｎｒｓｌｕｔｙｈａｉｈｍｓｉ
第４期
林嚣等：光学稳像系统颤振抑制性能的分析与设计
３５
Ｆｇ２ｌｃｉｇａｏｅｅａｐｉａｍａｅｓａｉｚｔｎｓｓｅｌｏｉ．Ｂｏｋｄａｒｍｆａｇｎｒｌｔｌｉｇｔｂｌａｉｙｔｍｐｏｃｉｏｏ
ｔｅｌｎ —ｏ－ｉｈｔｍｏｉｎｒｌｔｖｏａｌｎｓｃｍｐｅａｅａｄｔｅｉｇｕｌｔｓｉｒｖｄｅｆｃｉｅｙｎｔｉｈｉｅｆｓｇｔｏｅａｉｅｆｃｌｐａｅｉｏｎｓｔｄ．ｎｈｍａｅｑａｉｉｍｐｏｅｆｅｔｌ．Ｉｈｓｙｖｐａｅ，ｈｅｏｔｃｌｉｇｔｂｉｚｔｏｙｔｍｓｃｎｉｅｅｓａｋｎｆｃｏｅｏｐｓｒｏｃｎｒｌｓｓｅｐｒｔｐｉａｍａｅｓａｌａｉｎｓｓｅｉｏｓｄｒｄａｉｄｏｌｓｄｌｏｅｖｏｔｏｙｔｍ．Ｏｐｉａｉｔｃｌ

空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析

空间稳像系统摆镜的柔性支撑设计与分析王洪伟【摘要】为了让空间稳像系统在保证镜面精度的同时增加支撑强度，根据柔性支撑的设计理念，用消应力槽法对镜体支撑架进行柔性设计，用胶体粘结的方式在镜体与支架之间建立柔性连接。

首次利用等效刚度法对平面型胶层进行精细有限元建模，推导了相应的等效刚度矩阵，并对装配后的镜面组件整体进行有限元建模和模态分析。

模态分析的一阶谐振频率仿真结果为704.24Hz，与实物的检测结果693.5Hz 相比只差了1.5％。

由此可见，消应力槽法和等效刚度胶层建模法有效地完成了摆镜组件的柔性设计分析，能为类似光学设计工程中的柔性支撑设计分析提供参考。

%To make space image stabilization system ensure the accuracy of the tip /tilt mirror and increase its support strength,a flexible support structure is designed using stress relief groove method,and a flexible connection between the mirror and its support is established using glue.The equivalent stiffness method is used to build fine finite element model for a planar -type layer.Meanwhile,equivalent stiffness matrix is deduced and calculated.The finite element model of tip /tilt mirror assembly is built,and then the modal analysis is done.The results show that the first resonance frequency is 704.24 paring with the 693.5 Hz of real experimental results,the error is only 1 .5%.This shows that the stress relief groove method and glue layer’s finite element modeling method can complete the design and a-nalysis of flexible tilt/tilt mirror effectively.Also it can provide a reference for similar optical projects in the flexible support design and analysis.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(046)004【总页数】6页(P456-461)【关键词】摆镜;柔性支撑;等效刚度法;胶层建模【作者】王洪伟【作者单位】中国人民武装警察部队工程大学，陕西西安 710086【正文语种】中文【中图分类】TH745空间稳像系统的稳像功能主要是通过其内部的摆镜组件来完成,摆镜组件通过摆镜快速精准的微小摆动来达到消除各类外界抖动引起图像目标抖动的目的[1]。

空间稳像系统摆镜设计与仿真

关键词：摆镜；集成仿真；面形仿真；Ｚｍｉｅ多项式ｅｋ
中图分类号：Ｈ７Ｔ４文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ２６２１）４０５－８０７２７（０２０ — ９８０
Ｄｅｉｎａｄｓｍｕａｉｎｏｉｔｍｉｒｒｆｒｓａｅｉａｅｓａｉｚｄｓｓｅｓｇｎｉｌｔｏｆｔｌｒｏｏｐｃｍｇｔｂｌｅｙｔｍｉ
摘要：摆镜作为稳像系统核心部件，摆镜单元的性能参数和外载荷对摆镜面形的影响为摆镜设计和
装配的主要约束条件。设计约束基础上，在对摆镜及其装卡结构材料进行了选择，对结构进行了轻量化设计。为考察外载作用对摆镜面形影响规律，用接触非线性有限元方法对摆镜组件进行了仿真，用使使基于Ｚｒｉｅ多项式的光机集成仿真方法消除刚体位移，ｅｎｋ得到了消除刚体位移后摆镜面形参数。仿真结果表明：外载作用下摆镜刚体位移明显；紧力作用下刚体平移占据了刚体位移的主要方面；力载荷预动作用下，当重力存在于光轴方向时，力载荷对摆镜面形起主要作用，则动力栽荷对摆镜面形起主导静否作用。在仿真数据基础上，对摆镜零件进行了加工和装配，对装配后摆镜进行了面形测试，测试结果表明：摆镜面形能够满足设计要求，也说明了摆镜结构设计的合理性和仿真方法的有效性。
ｓｌｃｅａｄｔｅｌｇｔｅｇｔｅｉｎｆｒｔｔｍｒｏｎｄｉｘｎｓｕｔｒｗａｏｂｐｏｅｓｄ．Ｉｒｅｔｅｅｔｄｎｉｈｗｉｈｄｓｇｉｈｏｌｉｒａｆｉｇｔｃｕｅｒｓｔｅｒｃｓｅｎｏｄｒｏｃｅｋｈｅｎｌｅｃｌｗｏｔｌｉｒｏｓｒａｅｎｅｅｔｒｌｏｄ，ｔｅａｓｍｂｙｆｉｌｉｒｏｗａｈｃｔｉｆｕｎｅａｆｉｍｔｒｕｆｃｕｄｒｘｅｎａｌａｈｓｅｌｏｔｔｍｒｓａａｙｅｓｎｏｔｃｏｌｅｎｔｌｍｅｔｍｅｏｎｌｚｄｕｉｇｃｎａｔｎｎｉａｆｉｅｅｅｎｔｄ．Ｔｈｒｇｄｄｓｌｃｍｅｔｎｒｉｈｅｉｉｉｐａｅｎｗａｅｉｎｔｄｂｕｉｇｓｌｉｍａｅｙｓｎ

基于稳健控制的光学成像系统设计

基于稳健控制的光学成像系统设计近年来，稳健控制理论被广泛应用于各种工程系统中，并在降低系统不确定性、提高系统鲁棒性等方面取得了显著成效。

在光学成像系统设计中，同样也可以采用稳健控制规划的思路，优化光学成像系统的成像质量，提高系统的性能表现。

一、光学成像系统的设计基础在光学成像系统的设计中，需要了解成像原理以及系统的各个组成部分的性能指标，以确保系统整体的成像质量和性能表现都能得到保障。

1. 成像原理光学成像系统基于的是物理学的光线传输原理，通过透镜等光学组件对光线进行聚焦和折射，将物体的景象通过光学成像系统传输到成像平面上，形成清晰的图像。

成像质量的好坏主要由系统的分辨率、畸变度、色差、像差等因素决定。

2. 光学组件光学成像系统主要由光源、透镜、滤波器、检测器、运动平台等部分组成，其中透镜是整个系统的核心组件，其调整和控制可对系统成像质量产生较为显著的影响。

二、基于稳健控制的光学成像系统设计基于稳健控制的光学成像系统设计可以分为两个部分：首先是针对系统的不确定因素和外部干扰因素进行确诊和控制；其次是针对系统成像质量进行优化和提升。

1. 系统的不确定性建模与控制光学成像系统存在着多种不确定性因素和干扰因素，如温度变化、物体运动、交叉项效应等，这些因素对系统成像质量均有较大的影响。

因此，首先需要对这些因素进行确诊和建模，提出相应的控制策略。

例如，可以采用自适应控制算法，通过对实时的系统状态和环境变化等因素进行快速反馈和调节，来提高系统的鲁棒性和抗干扰能力。

2. 系统成像质量优化与提升在系统的不确定性和干扰因素得到有效控制之后，可以进一步优化和提升系统的成像质量。

稳健控制理论可以为系统的成像质量提供有效的优化路径。

例如，可以采用经典的极小化像散优化算法，通过对透镜的发射曲面进行优化调整，使系统成像质量得到最大的提升。

同时，可以通过优化透镜的曲率半径、厚度和折射率等参数，来进一步提高系统的成像质量和性能表现。

稳像系统关键技术归纳

稳像系统关键技术摘要：随着光电监视、跟踪、侦察系统使用要求的不断提高，对光学图像的稳定要求也日趋严格。

图像不稳定的实质是摄像系统的光轴与目标之间有无效的相对运动，包括平移和角运动，其中相对角运动对图像的影响尤为严重，论述了现在采用的两类稳像方法，并对新一代的稳像技术——电子学稳像作了概要的介绍，阐述了平台稳定方法和电子学稳像技术在应用中的技术难点。

关键词：摄像，稳像，瞄准线1 引言图像稳定技术包括摄像机、导引头、火控武器的瞄准线等的稳定。

用于人眼观察的摄像系统，图像的不稳定会使观察者产生疲劳感，进而容易导致误判和漏判；对于目标自动识别与跟踪系统会导致动态跟踪误差增大，降低跟踪目标的能力。

引起摄像系统光轴与目标之间的角运动有两种情况:一种是目标的运动，另一种是载体的运动。

通常摄像时目标距离摄像机较远，因目标运动而造成的相对运动较小；然而载体姿态的变化会完全传递给摄像系统的瞄准线，其造成的相对角速度很大。

两者相比，前一个因素可以忽略，所以稳像系统一般都只考虑隔离载体运动。

现在使用的方法主要有光学的方法、光学和电子学结合的稳定平台主动补偿方法以及电子学稳像的方法。

在相当程度上，稳像技术就是要隔离外部对摄像机的扰动，最直接的方法是将摄像系统架设在减振装置上，但是其缺点是减振器只能隔离载体的高频低幅振动，并且经过减振以后的窄带随机振动都在系统的固有频率附近，若谐振频率在系统带宽之内将使图像始终都在不断地抖动，所以必须提高系统的刚度，保证系统谐振频率远大于系统的带宽，低频振动极易使摄像系统丢失目标，解决的方法是采用光学系统的方法或图像处理的方法。

2 光学稳定方法及其存在的问题光学稳像的方法主要可分为利用折射元件、利用反射元件、利用结构光学元件作为调整元件的系统。

根据稳像元件的位置又分为像空间稳像和物空间稳像方法。

在平行光路对视线的控制中，常常可以使用以下的几种方法：2.1 利用折射元件的方法使用折射元件的典型方法是利用可变光楔来控制瞄准线的方向，它是由美国的Dyna-science 公司的科技人员最初提出的，根据出射角和入射角之间的关系:αααβ)1(-+==n n通过移动或转动一个角度为α、折射率为n 的光楔，使出射光线按近似α)1(-n 的角度改变方向来进行像的随机扰动补偿。

基于图像相关检测的快速反射镜稳像系统及方法

基于图像相关检测的快速反射镜稳像系统及方法
焦慧华;周伟
【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》
【年(卷),期】2018(017)001
【摘要】基于图像相关检测的快速反射镜稳像系统,指通过快速反射镜偏转光束,对光电成像系统在运动或震动环境中的抖动光轴进行稳定跟踪的系统.该系统首先通
过图像相关的方法对不稳定光轴的偏移量进行实时检测,光轴偏移量反馈给快速反
射镜的控制器,实时控制快速反射镜偏转实现光轴的稳定.该系统可以实现单帧内图像的稳像,消除高分辨率相机在积分时间内由于光轴抖动造成的图像模糊,提高成像系统成像质量.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】焦慧华;周伟
【作者单位】琼台师范高等专科学校, 海南海口 571127;中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200000
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【相关文献】
1.浅析CRISPR/CAS系统诱导的哺乳动物细胞基因组突变及相关检测方法比较 [J], 罗云超;王琳;
2.基于图像的高精度实时光学稳像控制系统 [J], 何林;何海燕;付智红;林喆
3.基于图像处理的稳像火控系统平稳跟踪训练评估系统设计 [J], 刘全胜;聂彬;曹杨
4.快速反射镜状态模型构建方法及其控制系统设计 [J], 艾志伟; 嵇建波; 李静; 黄书童
5.基于图像法稳瞄精度的检测方法研究 [J], 于洵;吕劲松;郭小云
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振镜系统毕业设计

振镜系统毕业设计振镜系统毕业设计引言：振镜系统是一种基于光学原理的设备，广泛应用于激光加工、激光显示、光通信等领域。

本文将探讨振镜系统的设计原理、应用领域以及未来发展趋势。

一、振镜系统的设计原理振镜系统由振镜、驱动电路和控制系统组成。

振镜是一种能够改变光束方向的光学元件，通过振动来实现光束的偏转。

驱动电路负责提供振镜所需的电流信号，控制系统则负责控制振镜的运动。

振镜的设计原理主要包括两种类型：共振型和非共振型。

共振型振镜通过调整振镜的固有频率，使其与驱动信号频率相匹配，从而实现高效的能量转换。

非共振型振镜则通过改变振镜的机械结构，实现对光束的精确控制。

二、振镜系统的应用领域1. 激光加工：振镜系统可以实现对激光束的精确定位和偏转，广泛应用于激光切割、激光打标等领域。

其高速、高精度的特点使得激光加工过程更加高效和精确。

2. 激光显示：振镜系统可以实现对激光束的扫描，从而实现高清晰度的激光显示。

与传统的液晶显示器相比，激光显示器具有更高的亮度和对比度，同时消耗更少的能量。

3. 光通信：振镜系统可以实现光束的聚焦和偏转，从而实现光通信中的信号调制和解调。

其高速、高稳定性的特点使得光通信系统具有更高的传输速率和更远的传输距离。

三、振镜系统的未来发展趋势1. 微型化：随着科技的不断进步，振镜系统将越来越小型化。

微型振镜的出现将使得振镜系统在移动设备、虚拟现实等领域得到更广泛的应用。

2. 高速化：振镜系统的速度将进一步提高，以满足高速激光加工、光通信等领域的需求。

高速化的振镜系统将推动相关行业的发展。

3. 集成化：振镜系统将与其他光学元件进行集成，以实现更复杂的光学系统。

例如，振镜系统可以与光纤耦合器结合，实现光纤通信中的光束偏转和聚焦。

结论：振镜系统作为一种重要的光学设备，在激光加工、激光显示、光通信等领域发挥着重要作用。

其设计原理、应用领域以及未来发展趋势都值得我们深入研究和探索。

随着科技的不断进步，振镜系统将在各个领域得到更广泛的应用和发展。

光电成像系统高精度稳像平台控制系统设计

投入运行，以快速的内环路有效抑制干扰，而主环路仍以窄带宽保证跟踪精度，达到了良好的控制性能，满足了高精度光电跟踪系统对陀螺稳定平台快速性和稳定性的要求。
关键词：陀螺稳定平台；串级控制；视轴稳定
中图分类号：Ｐ７．Ｔ２３３文献标识码：Ａ
ＤｅｉｎｏｎｒｌＳｓｅｏｇ —ＰｒｃｓｏｓｇｆＣｏｔｏｙｔｍｆｒＨｉｈ－ｅｉｉｎ
Ｐｈｏｏｌｃｒｃ— ｇｒｔｂｉｚｄＰａｆｒｉ
ＸｌＴｏ．ＺＨＡａＡＮＧｕ—ｘｎＦｉ
ｆｈ７ｆＲｓａｃｓｔｔｏｌｎｌｔｅ２ｔｅｅｒｈＩｔｕｅｆＣ￣ａＥｅｍｍｃｅｌｌｇｒｕＴ】ｎｉ＇ｃｓＴｃｍｏｏｙＧｏｐ
Ｃｒｏｔｎ。ｈｒｚｏ ∞ ，￣ａ）ｏｐｒｉ２ｅｈｕａｏ￣Ｃ＇ｌｎ
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第２期２０年６月０８
电
光
系
统
ＮＯ．２
ＥｅｔｎｃａｄＥｅｔ－ｐｉａｙｔｍｓｌｃｒｉｎｃｒｏｔｌＳｓｏｌｏｃｅ
Ｊｎ．２ｏｕ０８
光电成像系统高精度稳像平台控制系统设计
ＡｂｔａｔＩｉｗｆｔｅｕｒｍｅｔｆｉｏａｉｇｄｓｕｒａｅｎｔｂｌｉｇｏｔａｘｓｏｇ — ｒｃｓｏｓｒｃ￣ｎｖｅｏｈｅｒｑｉｅｎｓｏｓｌｔｎｉｔｂｎｃｓａｄｓａｉｉｎｐｃｌａｉｆｈｉｈ —ｐｅｉｉｎｚｉｐｏｏｌｃｒｃｇｉａｃｙｔｍ，ａｔｈｔｅｅｔｉｕｄｎｅｓｓｅｗｏ—ａｉｔｂｌｅｌｔｏｍｙｔｍｔｅｒｔｙｗａｅｉｎｅｘｓｓａｉｚｄｐａｒｓｓｅｗｉｔａｅｇｍｓｄｓｇｄ．Ｂａｅｎｉｆｈｈｓｄｏ

ASO-SFMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真

第61卷第4期天文学报Vol.61No.4 2020年7月ACTA ASTRONOMICA SINICA Jul.,2020doi:10.15940/ki.0001-5245.2020.04.004ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真∗陈继喆1,2,3章海鹰1,2,4†郑兆瑛1,2倪厚坤1,2(1中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所南京210042)(2中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所)南京210042)(3中国科学院大学北京100049)(4中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049)摘要全日面矢量磁像仪(Full-disk vector MagnetoGraph,FMG)是先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)的主载荷之一,摆镜作为FMG稳像系统的重要组成部分,其力学性能是决定载荷观测指标的重要一环,需要对其进行仿真.设计了一种侧面固定的柔性支撑镜体结构,通过调整垫片厚度,可以得到由弹性压片提供的不同大小支持力.为了确定合理的支持力范围,建立3种不同参数模型,使用有限元软件对摆镜模型进行了在轨无重力环境的静力学仿真以及摆镜摆动频率为100Hz、摆幅为±0.1mrad时的动力学仿真,并进一步分析了地面有重力试验环境对面形的影响.仿真结果表明所设计的摆镜机构模型均满足通光口径内静态和动态的面形波峰波谷差(Peak-Valley,PV)小于1/10波长,面形均方根误差(Root Mean Square,RMS)小于1/40波长的光学系统要求,地面有重力环境不会对面形产生显著影响.在仿真结果的基础上,对其中一种模型进行加工装配和实际测试,测试结果表明摆镜结构设计合理,仿真计算结果有效.关键词太阳:磁场,航天器:仪器,方法:分析中图分类号:P111;文献标识码:A1引言先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)是一颗计划中的专用太阳观测卫星,将在2021年底或2022年上半年择机发射,届时卫星将在太阳活动峰年进入高度720km的太阳同步轨道,工作寿命为4yr[1].ASO-S卫星包含3个载荷:全日面矢量磁像仪(Full-disk vector MagnetoGraph, FMG)、太阳硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager,HXI)、莱曼阿尔法太阳望远镜(Lyman-alpha Solar Telescope,LST).作为ASO-S卫星的主载荷之一,FMG载荷分系统将以高时间分辨率、高空间分辨率和高灵敏度开展全日面太阳矢量磁场测量,通过连续稳定的2019-12-27收到原稿,2020-02-20收到修改稿∗国家自然科学基金项目(11427803)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA15320102)资助†************.cn35-161卷天文学报4期观测,研究太阳磁场的发生、发展、相互作用及其效应,从而深入理解耀斑和日冕物质抛射过程中的能量积累、触发、释放和传输机制,并为空间天气事件预报提供观测基础[2–4].FMG载荷通过集成稳像系统满足长时间连续稳定观测的指标要求[5],稳像系统主要通过操纵摆镜快速摆动以消除目标图像的抖动,因此摆镜是稳像系统的重要组成部分.摆镜机构的力学情况,尤其是摆镜镜面的变形情况,将对搭载稳像系统的FMG载荷的分辨率与精度造成显著影响.目前空间载荷摆镜的连接方式可大致分为两种:通过螺栓、压板等机械零件进行的连接以及通过胶体等黏结剂进行的连接.通过螺栓、压板等方式连接的光学器件易受外界振动、力学传递的影响,螺栓预紧力及装配应力也会对摆镜的装配环节造成工艺上的麻烦,引起光学性能下降[6–7].通过胶体等黏结剂连接尽管具备了一些柔性连接的特性,但存在黏结剂固化收缩产生内应力的问题以及在复杂空间环境中长时间使用脱胶的风险[8].为了规避上述两种连接方式的缺点,借鉴国际上同类科学载荷的成功经验[9–10],兼顾FMG载荷工程要求以及柔性支撑适合承受发射飞行阶段较大振动的特性,本文提出一种利用弹性压片3点侧面柔性支撑的摆镜机构方案.2稳像系统组成FMG载荷的稳像系统由4部分组成:摆镜(Tip/tilt Mirror)、分束棱镜(Beam Split-ter)、边缘探测器(Limb Sensor)以及稳像控制器(Control),如图1所示.太阳光进入望远镜后,由斜向放置的摆镜反射至分束棱镜分光,一部分光进入滤光器所在的主光路成像,用于科学观测;另一部分光进入偏差探测光路,成像在边缘探测器上,用于稳像控制.稳像控制器接收摆镜的位置信号和边缘探测器输出信号,驱动摆镜偏转,实时补偿太阳入射角的偏差.图1FMG稳像系统示意图Fig.1Illustration of the FMG image stabilization system35-261卷陈继喆等:ASO-S/FMG 稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真4期3摆镜的设计3.1摆镜设计指标FMG 稳像控制系统的设计带宽暂定为100Hz,根据工程实践经验,闭环带宽设计为控制对象谐振频率的1/10,因此摆镜的谐振频率应大于1000Hz.对日观测时摆镜的摆动行程为±0.1mrad,同时根据摆镜的光学性能要求以及摆镜在光路中斜向45◦放置的特性,需确保椭圆形通光口径内摆镜静态和动态的面形波峰波谷差(Peak-Valley,PV)<λ/10,面形均方根误差(Root Mean Square,RMS)<λ/40(λ为波长,λ=532.42nm).FMG 载荷在集成至卫星总体发射之前,还将进行一系列的地面观测试验.因此,除了需要对在轨无重力环境进行仿真,还应保证地面有重力试验环境的面形依然符合要求,进一步探讨重力对面形的影响.3.2摆镜设计方案如图2所示,摆镜机构主要是由支架(Support)、摆镜平台(Tip/tilt Mirror Platfor-m)、摆镜室(Mirror Cell)和平面镜(Plane Mirror)组成.摆镜室通过螺钉固定在摆镜平台上,并在内圈的3等分位置开3个半圆柱形缺口;平面镜的侧面也加工3个圆柱形沟槽,并胶合3个带球头的非金属圆柱体,这种球头圆柱体被称为摆镜支点(Mirror Fulcrum).通过这3个摆镜支点与镜室半圆柱缺口的配合,将平面镜装配到镜室上,实现平面镜的周向定位.在平面镜底面与镜室间设置3组非金属摆镜垫片(Mirror Shim),摆镜垫片底部与摆镜室胶合固定,再通过3组弹性压片(Elastic Presser)压紧球头以及调整垫片高度使摆镜支点略微凸起,得到不同大小的弹性压片支持力,实现柔性的轴向定位.摆镜机构部分结构材料属性如表1所示.图2摆镜机构(左);摆镜机构局部剖面视图(*摆镜垫片厚度按需调整)(右).Fig.2Tip/tilt mirror mechanism (left);local section view of the mechanism (*the thickness of mirrorshim can be adjusted on demand)(right).弹性压片与摆镜支点相接触的模型,可以简化为悬臂梁的弯曲变形模型,其弹性压片接触点的挠度可以用此式计算:ω=−F l 33EI,(1)35-361卷天文学报4期其中,ω为接触点的挠度,F为接触点处提供的支持力,l为接触点到固定支点的距离, E为弹性模量,I为惯性矩.表1摆镜机构部分结构材料属性Table1Properties of some structure components of the tip/tilt mirror Structures Materials Densityρ/(g·cm3)Young’s Modulus E/GPa Poisson RatioµMirror Cell LC4# 2.8275.000.35Elastic Presser65Mn7.82211.000.29Mirror Shim PTFE 1.37 2.410.39Mirror Fulcrum PTFE 1.37 2.410.39Plane Mirror Glass 2.4668.940.23为了确定合理的垫片厚度范围,根据(1)式求得不同支持力大小下的接触点挠度.因弹性压片变形方向与摆镜垫片存在夹角,垫片厚度的实际增量与接触点挠度使用三角函数进行转换.考虑实际加工工艺,对垫片总厚度取整,确定3种不同支持力的摆镜模型,如表2所示,做进一步仿真计算.表2支持力折算摆镜垫片厚度Table2Conversion between supporting force and shim thicknessModel I II IIISupporting Force/N103050Deﬂectionω/mm0.06910.20730.3455Additional Shim Thickness/mm0.07980.23940.3989Overall Shim Thickness/mm 1.08 1.24 1.404摆镜的分析4.1建立有限元模型摆镜机构在建模时确定坐标系:X轴指向摆镜光轴方向,Y轴垂直于摆镜光轴,平行于摆镜机构与载荷箱连接底面,Z轴垂直于载荷箱连接底面向上,3者关系符合右手法则.因为仿真的重点是摆镜面形精度,为减小仿真计算规模,故将模型导入有限元软件时仅保留与摆镜平台连接的摆动部分.导入的摆动部分进行网格划分,对平面镜、弹性压片、摆镜支点进行了局部网格细化,网格划分如图3所示.经模态分析,3种摆镜模型的摆动部分谐振频率均远大于1000Hz.4.2静力学仿真针对在轨无重力环境进行静力学仿真,完成后导出结点位移数据,经后处理得到各个模型的PV值和RMS值,如表3所示.35-461卷陈继喆等:ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真4期图3摆镜摆动部分有限元模型Fig.3Finite element model of the swing part of the tip/tilt mirror表3无重力作用静态面形PV、RMS值Table3PV and RMS of the static surface under zero gravityModel PV/mm RMS/mmI 1.4881×10−5 2.3262×10−6II 5.1733×10−57.6630×10−6III8.4737×10−5 1.2395×10−5消除刚体位移的静态面形,如图4所示.图4模型I无重力作用静态面形云图(左);模型II无重力作用静态面形云图(中);模型III无重力作用静态面形云图(右).Fig.4The contour of Model I of static surface under zero gravity(left);the contour of Model II of static surface under zero gravity(middle);the contour of Model III of static surface under zero gravity(right).摆镜在光路中斜45◦放置,圆形光束在摆镜上呈椭圆形通光口径,通光口径没有占据摆镜全部面积,实际通光口径内静态面形如图5所示.所有模型的面形精度(PV、RMS值)曲线如图6所示.图中Aperture PV、Aperture RMS指镜面椭圆形通光口径内的面形精度.分析仿真结果,静态面形精度与压片支持力有关.由表3、图6可以看出,随垫片厚度增加,压片支持力增大,面形精度PV、RMS值也随之增大.即受力越小,平面镜静态面形越好.同时,由图4–5可以看出,受侧面支撑的影响,平面镜的变形集中在摆镜支点嵌入平面镜的边缘处,但因为通光口径并非占据整个平面镜面,所以尽管受边缘处变形影响,平35-561卷天文学报4期面镜整体的面形精度PV值较大,但对通光口径内的面形没有显著影响.图6可以看出通光口径内面形质量远好于整体面形,平面镜边缘的变形没有影响载荷正常成像,3种模型的通光口径内静态面形均满足标准.图5模型I无重力作用通光口径内静态面形云图(左);模型II无重力作用通光口径内静态面形云图(中);模型III无重力作用通光口径内静态面形云图(右).Fig.5The contour of Model I of static aperture surface under zero gravity(left);the contour of Model II of static aperture surface under zero gravity(middle);the contour of Model III of static aperture surfaceunder zero gravity(right).图6整体及通光口径部分静态面形PV、RMS曲线Fig.6PV and RMS curves of the whole and the aperture static surfaces4.3动力学仿真根据设计的摆镜对日观测摆动行程及工作频率,摆动激励为ϕ=0.0001sin(2π×100×t)rad,t为时间(Time),对摆镜施加2个周期的激励,激励曲线及响应曲线如图7所示.因为结构原因,摆镜绕Z轴水平摆动和绕Y轴竖直摆动需各自分析,对在轨无重力环境进行瞬态动力学仿真,选取关键时间节点数据[11],得到动态面形精度.摆镜绕Z轴水平摆动面形精度如表4.篇幅关系,仅展示3种模型典型的绕Z轴水平摆动动态面形,如图8所示.35-661卷陈继喆等:ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真4期图7激励曲线(左);模型绕Z轴摆动响应曲线(右).Fig.7Curve of excitation(left);curve of model of Z axis swing response(right).表4在无重力作用下绕Z轴摆动的动态面形PV、RMS值Table4PV and RMS of dynamic surface under zero gravity at the Z axis swing Time/sModel I Model II Model III PV/mm RMS/mm PV/mm RMS/mm PV/mm RMS/mm 0.0005 1.4982×10−5 2.3428×10−6 5.1767×10−57.6667×10−68.4740×10−5 1.2399×10−5 0.0015 1.5054×10−5 2.3487×10−6 5.1753×10−57.6683×10−68.4741×10−5 1.2401×10−5 0.0025 1.4905×10−5 2.3350×10−6 5.1746×10−57.6662×10−68.4753×10−5 1.2402×10−50.0035 1.4901×10−5 2.3352×10−6 5.1695×10−57.6582×10−68.4751×10−5 1.2405×10−50.00501.4908×10−5 2.3346×10−6 5.1764×10−57.6717×10−68.4748×10−5 1.2402×10−5 0.0100 1.4926×10−5 2.3365×10−6 5.1779×10−57.6663×10−68.4776×10−5 1.2402×10−5 0.0150 1.4934×10−5 2.3369×10−6 5.1748×10−57.6671×10−68.4726×10−5 1.2402×10−5 0.0200 1.4930×10−5 2.3370×10−6 5.1762×10−57.6669×10−68.4737×10−5 1.2402×10−5图8模型I在无重力作用下绕Z轴摆动0.0015s的动态面形云图(左);模型II在无重力作用下绕Z轴摆动0.0100s的动态面形云图(中);模型III在无重力作用下绕Z轴摆动0.0100s的动态面形云图(右).Fig.8The contour of Model I of dynamic surface under zero gravity at the0.0015s Z axis swing(left); the contour of Model II of dynamic surface under zero gravity at the0.0100s Z axis swing(middle);the contour of Model III of dynamic surface under zero gravity at the0.0100s Z axis swing(right).35-761卷天文学报4期摆镜绕Y轴竖直摆动面形精度如表5.篇幅关系,仅展示3种模型典型的绕Y轴竖直摆动动态面形,如图9所示.表5在无重力作用下绕Y轴摆动的动态面形PV、RMS值Table5PV and RMS of dynamic surface under zero gravity at the Y axis swing Model I Model II Model IIITime/sPV/mm RMS/mm PV/mm RMS/mm PV/mm RMS/mm 0.0005 1.4818×10−5 2.3235×10−6 5.1746×10−57.6627×10−68.4756×10−5 1.2398×10−5 0.0015 1.4742×10−5 2.3204×10−6 5.1691×10−57.6625×10−68.4748×10−5 1.2400×10−5 0.0025 1.5000×10−5 2.3416×10−6 5.1780×10−57.6686×10−68.4805×10−5 1.2405×10−5 0.0035 1.4941×10−5 2.3384×10−6 5.2027×10−57.6793×10−68.4784×10−5 1.2405×10−5 0.0050 1.4985×10−5 2.3414×10−6 5.1629×10−57.6624×10−68.4805×10−5 1.2404×10−5 0.0100 1.4937×10−5 2.3377×10−6 5.1761×10−57.6667×10−68.4777×10−5 1.2405×10−5 0.0150 1.4919×10−5 2.3368×10−6 5.1747×10−57.6672×10−68.4788×10−5 1.2404×10−5 0.0200 1.4922×10−5 2.3369×10−6 5.1761×10−57.6677×10−68.4767×10−5 1.2405×10−5图9模型I在无重力作用下绕Y轴摆动0.0025s的动态面形云图(左);模型II在无重力作用下绕Y轴摆动0.0035s的动态面形云图(中);模型III在无重力作用下绕Y轴摆动0.0025s的动态面形云图(右).Fig.9The contour of Model I of dynamic surface under zero gravity at the0.0025s Y axis swing(left); the contour of Model II of dynamic surface under zero gravity at the0.0035s Y axis swing(middle);the contour of Model III of dynamic surface under zero gravity at the0.0025s Y axis swing(right).分析仿真结果,动态面形精度与压片支持力有关,受力越小,平面镜动态面形越好.根据柔性支撑的特性,柔性过大时系统刚度可能得不到保证,造成摆镜摆动时的滞后效应,且摆动幅度过大时可能会造成动态面形的急剧恶化,仿真时重点关注了此问题.由图7可以看出,3种模型的摆镜摆动跟踪情况均较好,响应曲线与激励曲线近乎一致,未出现明显的滞后效应.由表4–5可以看出,在外界摆动激励的作用下相同模型的面形精度在不同时刻没有显著变化,没有出现动态面形急剧恶化的现象.同时,对比不同摆动方向的动态面形精度数据,摆镜的结构对不同摆动方向的面形结果没有显著影响.由图8–9可以看出,动态面形的变形依然集中在摆镜支点嵌入平面镜的边缘处,因此变形对通光口径内面形没有显著影响.3种模型的通光口径内动态面形均满足标准.35-861卷陈继喆等:ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真4期综上,摆镜垫片厚度与压片支持力有关,较薄的垫片厚度虽然有利于改善平面镜面形,但同时垫片较薄可能会影响其在摆镜摆动过程所起的缓冲作用,造成平面镜局部应力过大甚至破损失效,因此需要对摆镜摆动过程的平面镜背部应力情况进行动力学分析.对摆镜绕Y轴竖直摆动的情形进行仿真,3种模型的平面镜背部最大应力曲线如图10(左)所示,平面镜背部应力最大处均为垫片接触部位,典型的平面镜背部应力图如图10(右)所示.0.02图10平面镜背部最大应力曲线(左);模型III在无重力作用下绕Y轴摆动0.0025s的平面镜背部应力云图(右).Fig.10Maximum stress curves of the plane mirror back(left);the contour of Model III of plane mirror back stress under zero gravity at the0.0025s Y axis swing(right).由图10可以看出,3种模型的平面镜背部最大应力差异较大,同种模型的最大应力在摆动过程中有一定波动但波动较小,3种模型随垫片厚度增加,压片支持力增大,平面镜背部最大应力也随之增大.这说明最大应力与摆镜垫片所起的缓冲作用关系较小,与弹性压片提供的支持力关系较大,结合表2可以看出,调整压片支持力时摆镜垫片厚度仅需微调,不同模型的摆镜垫片厚度相差较小,所以可以认为3种模型垫片厚度的变化对缓冲作用的影响有限,垫片厚度减小不会导致局部应力增大.3种模型的平面镜背部最大应力均在合理范围内.4.4重力环境的进一步分析结合上述分析,对仿真面形较差的模型III在地面有重力环境的面形精度作进一步分析,观察其有重力环境下面形是否进一步恶化甚至不符合光学性能要求.将有无重力条件的模型III动态面形精度进行对比,得到的面形精度曲线如图11所示.图中Orbit指在轨无重力环境,Ground指地面有重力环境.由图11可以看出,有无重力约束对面形没有产生显著影响,地面有重力环境下动态面形精度曲线与在轨无重力环境下曲线基本重合,通光口径内面形满足要求,认为根据模型III参数加工的摆镜机构可以正常在轨、在地面工作运行.5仿真结论与实验验证综合上述仿真与分析,本文所述不同参数的3种模型均符合光学系统要求.这种利用弹性压片3点侧面柔性支撑的摆镜机构方案,可以有效改善现有采用机械连接或胶接的35-961卷天文学报4期传统摆镜机构的缺点,且模型中的支持力只与摆镜垫片和弹性压片有关,这种与螺栓预紧力无关的特性可以减小摆镜机构装配过程的工艺难度.为了对仿真结果加以验证,按照模型III的参数对摆镜机构进行加工,并对加工装配后的摆镜机构进行面形测试.测得的2点面形波峰波谷差(2-Point.Peak-Valley, 2Pt.PV)结果为85.4280nm,RMS值结果为12.0232nm,最大变形位于摆镜边缘有摆镜支点嵌入处,基本与仿真结果一致,可以认为仿真数据有效.图11模型III绕Z轴摆动的动态面形PV、RMS曲线(左);模型III绕Y轴摆动的动态面形PV、RMS曲线(右).Fig.11PV and RMS curves of Model III of dynamic surface at the Z axis swing(left);PV and RMS curves of Model III of dynamic surface at the Y axis swing(right).6结论本文对ASO-S/FMG稳像系统的摆镜设计要求进行了分析,并据此完成利用弹性压片3点侧面柔性支撑的摆镜机构方案.通过对不同参数的结构模型进行静力学和动力学仿真,得到了摆镜在外部载荷作用下的静动态面形,并对重力作用的影响做进一步分析,仿真结果表明所设计的摆镜机构能够满足光学系统要求.在此基础上加工装配实物进一步测试,测试结果证明仿真数据有效.作为空间载荷,摆镜机构除了需要在静动力学下满足光学系统的性能要求,还需要考虑火箭发射飞行阶段的振动要求,这将在以后的工作中进一步完善.参考文献[1]Gan W Q,Zhu C,Deng Y Y,et al.RAA,2019,19:156[2]章海鹰,邓元勇,甘为群,等.天文学进展,2016,34(增刊):108[3]蒋成清,张枚.天文学报,2018,59:39[4]Jiang C Q,Zhang M.ChA&A,2020,43:252[5]Deng Y Y,Zhang H Y,Yang J F,et al.RAA,2019,19:157[6]徐广州,阮萍,李福,等.红外与激光工程,2012,41:958[7]王洪伟.激光与红外,2016,46:456[8]董得义,李志来,李锐钢,等.光学精密工程,2014,22:2698[9]Scherrer P H,Bogart R S,Bush R I,et al.SoPh,1995,162:129[10]Schou J,Scherrer P H,Bush R I,et al.SoPh,2012,275:229[11]王洪伟,阮萍,徐广州,等.光子学报,2009,38:236835-1061卷陈继喆等:ASO-S/FMG稳像系统的柔性支撑摆镜设计与仿真4期Design and Simulation of a Flexible-support Tip/tilt Mirror in the ASO-S/FMG Image StabilizationSystemCHEN Ji-zhe1,2,3ZHANG Hai-ying1,2,4ZHENG Zhao-ying1,2NI Hou-kun1,2 (1National Astronomical Observatories/Nanjing Institute of Astronomical Optics&Technology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing210042)(2CAS Key Laboratory of Astronomical Optics&Technology,Nanjing Institute of AstronomicalOptics&Technology,Nanjing210042)(3University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049)(4School of Astronomy and Space Science,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049)A BSTRACT The Full-disc vector MagnetoGraph(FMG)is one of the payloads deployed in the Advanced Space-based Solar Observatory(ASO-S).As an important part of the FMG image stabilization system,the tip/tilt mirror will determine the observational performance of the payload.Therefore,it is necessary to analyze the mechanical per-formance of the tip/tilt mirror.In this paper,we design a side-ﬁxedﬂexible supporting mirror structure,of which the supporting force is provided by elastic presser,and the force can be changed by adjusting the thickness of mirror shims.In order to determine the appropriate thickness setting,we construct3models with diﬀerent parameters. For each model,we simulate static analysis and transient dynamic analysis at100Hz and±0.1mrad in zero gravityﬁeld byﬁnite element software.The eﬀect of gravity on the surface is also considered.Simulation results show that the designed tip/tilt mirror meets the performance requirements of the optical systems,PV(Peak-Valley) <1/10wavelength,RMS(Root Mean Square)<1/40wavelength,and gravity has no signiﬁcant eﬀect on the surface.Based on the simulation results,we further process, assemble,and test one of the models.Test results verify that the design of the tip/tilt mirror structure is satisfactory,and the simulation results are valid.Key words Sun:magneticﬁelds,space vehicles:instruments,methods:analytical35-11。

振镜同轴系统视觉校正方法

振镜同轴系统视觉校正方法
振镜同轴系统的视觉校正是确保系统能够准确捕捉和跟踪目标的重要步骤。

以下是一些常见的振镜同轴系统视觉校正方法：
1. 相机标定：通过对相机进行标定，可以获取相机的内参和外参参数，包括焦距、主点坐标、畸变系数等。

这些参数可以用于纠正图像的失真和进行三维重建。

2. 光学中心校准：确定振镜系统的光学中心，使其与相机的光轴重合。

这可以通过调整振镜的位置或角度来实现。

3. 畸变校正：由于透镜的光学特性，图像可能会出现畸变。

可以使用畸变校正算法来纠正这些畸变，使图像更加真实和准确。

4. 聚焦校正：确保目标在图像中清晰对焦。

可以通过自动或手动对焦方法来调整相机的焦距，以获得清晰的图像。

5. 亮度和对比度校正：根据实际场景，可能需要对图像的亮度和对比度进行调整，以使目标更加明显和易于识别。

6. 软件校准：利用图像处理软件，可以对图像进行进一步的校准和处理。

例如，进行阈值分割、形态学操作、特征提取等，以提高
目标的检测和跟踪精度。

火炮稳像精度测试系统设计的开题报告

火炮稳像精度测试系统设计的开题报告一、选题背景和意义随着现代科技的发展，精度逐渐成为了一个重要的指标。

在军事领域，火炮在打击目标时需要具有高稳像精度，以确保子弹或炮弹在飞行过程中不会出现明显的偏差，从而达到精确打击目标的目的。

为达到这一目的，火炮稳像性能的评估必不可少。

传统的火炮稳像精度测试方法比较繁琐，需要大量时间和人力，并且也无法很好地保证测试结果的准确性。

因此，设计一套能够自动化测试火炮稳像精度的系统，能够提高测试效率和数据准确性，具有较高的实用价值。

二、设计目标本文将设计一套能够自动化测试火炮稳像精度的系统，具体的设计目标如下：1. 实现火炮稳像精度测试的全自动化，无需人工干预；2. 能够在不同的测试环境下精确测量火炮的稳像性能，如室内、室外等；3. 能够精确测量火炮的稳像性能，获取测试数据并进行分析；4. 设计用户友好的显示界面，能够实时监控测试进度和结果，提高测试的可视化程度；5. 系统结构紧凑，易于携带和安装；6. 可扩展性强，能够快速适应不同类型和规格的火炮。

三、主要的设计模块为实现上述设计目标，本文将设计如下的主要模块：1. 机械部件：通过控制机械部件的运动，完成火炮稳像性能的测量。

机械部件应包括一个可操纵的控制机器人，机器人叶片与火炮上完全密合，并在整个测试过程中保持平稳运动。

2. 摄像头：系统中包括多个高分辨率的摄像头，以帮助确保测试的精准性。

摄像头将捕捉火炮在整个测试过程中的运动轨迹，并将图像传输到系统的软件程序中以供处理。

3. 控制电路：系统中还将包括一个用于控制测试过程的中央处理单元和相应的电路板。

4. 软件：软件将包含一个用户友好的界面，用户能够实时监控测试进度和结果。

同时，软件也将负责处理捕捉到的图像信息，以精确测量火炮的稳像性能。

四、计划进度本文的设计工作分为以下几个阶段：1. 确定系统运作原理和功能；2. 设计机械部分的构架和摄像头；3. 设计系统的控制电路和软件，完成系统的集成和测试；4. 完成整个系统的测试并优化；5. 撰写论文并进行演示。

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术李剑锋;吴小霞;李玉霞;孙敬伟;宿馨文【摘要】望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变,进而影响望远镜的稳定成像.为了校正主镜位置变化,本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制,实现对主镜稳像的方法.利用实验室现有的1.23 mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统,设计了基于6个位移传感器的位置监测系统.在未启用和启用液压稳像技术两种状态下,测试了主镜位置变化,并对主镜位置进行解算,试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果.当镜室转动40°时,未稳像的主镜其X向平移变化为150μm,绕X轴转角为2.5".采用液压稳像后,X向平移变化减小为3μm而绕X轴转角减小为0.4".测试结果表明,基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制.%The pitching rotation of a telescope will cause the relative displacement between a primary mirror and its cell ,and the displacement will influence on the stabilizing image of a telescope .To cor-rect the relative displacement of the primary mirror ,a method for stabilizing images of the primary mirror was proposed based on a hydraulic support to control the displacement between primary mirror and cell .A 1 .23 m SiC mirror in our lab was used to complete the online measuring experiment and a mirror position measuring system with 6 Line Variable Differential Transformer (LVDT ) was estab-lished .Under two cases with or without mage stabilizing technologies based on hydraulic support ,the displacement between mirror and cell was measured ,and the 5 freedom of mirror was computed by u-sing the measured data from sensors . Experimental results indicate that the proposed technology based onhydraulic support has excellent stabilizing image ability .Under the case without the image stabilization technology ,the mirror displacement of Z direction is about 150 μm and the angle around X axis is 2 .5″when the rotation angle of mirror is 40° .However ,the X displacement has reduced to 3 μm and the angle reduced to 0 .4″w hen this technology is conducted .It concludes that the stabilizing image technology based on hydraulic support can implement the determination and control of primary mirror position in real time .【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)010【总页数】8页(P2599-2606)【关键词】大口径望远镜;主镜;稳像技术;液压支撑【作者】李剑锋;吴小霞;李玉霞;孙敬伟;宿馨文【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH743;TH703望远镜的稳像一般是指利用快速反射镜在望远镜光路后端对成像点位置进行闭环控制，但该技术需要光路成像在快速反射闭环用相机的靶面内，快速反射镜才能起作用。

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Ｑｕ — ａＯＮＧｏｇｙｎＹｕｂｏＣＬｎ —ａｇ
（ｅａｏａｏｙｏｌｔ－ｔａｎｏｍｔｎＣｎｒｌｎｅｕｉｅｎｌｙ，Ｓｎｅ０５０，ｈｎ）ＫｙＬｂｒｔｒｆＥｅｒｏｉｌｆｒａｉｏｔｏａｄＳｃｒｙＴｃｏｏｃｏｐｃＩｏｔｈｇａｈ６２１Ｃｉａ
第２５卷第６期
２１００年１２月
光电技术应用
ＥＣＴＲ０ — ０ＰＴＩＬＥＣＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹＡＰＰＣＡＴ１ＮＬＩ０ｌ
Ｖｏ．５，．１２Ｎｏ６Ｄｅｅｅ．００ｃｍｂｒ２１
・
光学设计与制造・
稳像振镜系统的设计
须要与系统的入瞳口径相适应，因此振镜的口径较
大．由于振镜的振动幅度要与光学瞬时视场相匹而
配，以振镜的摆动角度也很大．所因此要实现大的方位视场，必须快速搜索．
１稳像振镜光学视场原理
对远程目标的探测可以采用面阵探测器，步分凝视的方法．在分步凝视过程中，而由于全系统（光
ａｅｅｔｎｎｄｄｔｃｉｇ．
Ｋｅｒｓｓａｎｎ — ｉｏபைடு நூலகம்ｙｔｍ；ｅｅｔｎｐｅｉｕｌｃｎｉｇｙｗｏｄ：ｃｎｉｇｍｒｒｓｓｅｄｔｃｉｇ；ｒｃｏｓｙｓａｎｎｒ
在远程光电探测中，目标有可能在天空背景、大海背景或者是陆地背景下出现，而且由于探测距离比较远，大气气流会对系统探测过程中产生影响．远程光电探测系统的瞬时视场一般不大，速扫描快是实现系统视场的必要途径．过在方位和俯仰上通有规律的扫描，动光学与传感器部件对不同的空带域成像，而实现对空域的搜索．以在成像系统前进所端必须要用大口径大角度的振镜系统… ．
对于快速搜索问题可以采用高速稳像振镜，在
方位搜索的方向上反旋，得在红外探测器的积分使
时问内，采集的空域不变，而实现分步凝视和快所进
速扫描．图１示，远程目标探测系统的方位搜如所设
ｍｏｎｆｉｅｔ，ｈｌｍｉｕａｌｙｍａｅｉｌｓｕｅｏｍａｅｔｅｄｔｃｉｇｓｓｅｗｉｏｄｒｉｉｙａｄｍｅｔｏｒｉｔｅａｕｎｍｌｔｒｎａｏａｗａｓｄｔｋｈｅｅｔｎｙｔｍｔａｇｏｉｄｔｎｈｇ
右，动幅度也很小．口径的振镜系统在天文望远振大
镜系统中有应用，其振动幅度一般小于８，能但不满足远程探测需求．在远程目标探测系统中，而由于振镜摆角较大，以为避免离轴像差过大，把稳像所要振镜放置在成像系统的前面．这样，镜的口径就必振
屈玉宝，龙洋丛
（电信息控制和安全技术重点实验室，光河北三河０５０）６２１
摘
要：主要介绍振镜系统的设计过程．利用振镜系统高频率扫描方法可以对远程目标进行探测．由于整个探测系统的
转动惯量大，以采用铝合金材料使其钢性大，所质量轻，并使用专用传感器进行控制，从而更好地达到精确扫描探测的要求．
ｌｈｓ，ｉｈｃｎｂｏｔｏｌｄｂｐｃａｓｎｏ，ｎｃｉｖｄｔｅｒｑｉｍｅｔｏｅｔｒｐｅｉｉｎｓａｎｎｉｔｍａｓｗｈｃａｅｃｎｒｌｙｓｅｉｌｅｓｒａｄａｈｅｅｈｅｕｒｇｅｅｎｓｆｒｂｔｅｒｃｓｃｎｉｇｏ
ＡｂｔａｔＴｈｒｃｓｆｄｓｎｎｈｃｎｉｇｍｉｒｒｓｓｅｉｉｌｒｓｎｅ．ｉｚｎｈｉｈｆｅｓｒｃ：ｅｐｏｅｓｏｅｉｉｇｔｅｓａｎｎ — ｒｏｙｔｍｓｍａｎｙｐｅｅｔｄＵｔｌｉｇｔｅｈｇｒ — ｇｉｑｅｃｃｎｉｇｍｅｈｄｏｈｃｎｉｇｍｉｒｒｓｓｅｃｎｄｔｃｈａｇｔｔｔｅｌｎｉａｃ．ｅｔｈｉｕｎｙｓａｎｎｔｏｆｔｅｓａｎｎｒｏｙｔｍａｅｅｔｔｅｔｒｅｈｇｄｓｎｅＤｕｏｔｅｂｇａｏｔ
关键词：镜系统；测；确扫描振探精
中图分类号：Ｈ４．Ｔ７１２
文献标识码：Ａ
文章编号：６３２５２１｝６０５２１７ —１５（０００ —０２ —０
ＤｅｉｎｉｇｏｈｅＳａｉｉａｉｎｍａｉｃｎｎ — ｉｒｒＳｓｅｓｇｎｆｔｔｂｌｚｔｏＩｇｎｇＳａｎｉｇＭｒｏｙｔｍ