喬彥峰

(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所光電測控部)

我國從 50年代籌建第一個靶場武器試驗(yàn)場區(qū)以來,至今已有 50多年的歷史,先后建立過多個試驗(yàn)基地及試驗(yàn)測量場區(qū)。光學(xué)測量設(shè)備也隨著靶場的發(fā)展經(jīng)歷了一個從無到有,從小到大,從援建到自建的全過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展,各種先進(jìn)的測控技術(shù)、測控設(shè)備層出不窮,先進(jìn)的光電測控技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防等諸多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

至 20世紀(jì) 90年代初,國外研制的光電經(jīng)緯儀多采用組合式結(jié)構(gòu),組合任選、配置靈活、機(jī)動性好、適應(yīng)性強(qiáng)。近幾年,國外測控設(shè)備的功能不斷完善,性能也不斷提高,光電經(jīng)緯儀空間飛行目標(biāo)的坐標(biāo)測量精度、目標(biāo)的跟蹤精度都有了很大的提高。我國自行研制的試驗(yàn)場光學(xué)測量設(shè)備,其總體技術(shù)和主要性能指標(biāo)已與國外相當(dāng),但在精密跟蹤及測量技術(shù)、輻射特性測量以及新技術(shù)的研發(fā)和工程應(yīng)用上還有一定的差距。

如何縮小上述差距,是在光電測控設(shè)備研制以及在光電測控技術(shù)預(yù)研過程中必須考慮的關(guān)鍵性問題。這不僅涉及推進(jìn)現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化,如大口徑支撐技術(shù);還涉及了圍繞光電測控設(shè)備功能提升、性能優(yōu)化的展開相關(guān)技術(shù)攻關(guān),包括:采用先進(jìn)的高性能的光電器件和圖像處理、融合跟蹤等技術(shù)提高光測設(shè)備性能;開展輻射特性測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)光測設(shè)備功能提升;加強(qiáng)前沿技術(shù)的研究,尤其是光學(xué)新技術(shù)的前瞻研究,如光學(xué)合成孔徑技術(shù)等。

本專題論文來源于光電測控部目前正在承擔(dān)的相關(guān)課題項(xiàng)目,內(nèi)容涉及光電經(jīng)緯儀光機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、經(jīng)緯儀星體標(biāo)校、紅外輻射特性測量以及合成孔徑成像技術(shù)等。鑒于編碼器在光電測控設(shè)備上的廣泛應(yīng)用,而光柵是編碼器的核心元件,本專題還包括一篇對光柵衍射效率計(jì)算的論文。

《1 m口徑主反射鏡支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》一文對 1 m主鏡的支撐系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析比較了兩種常用主鏡側(cè)支撐結(jié)構(gòu),優(yōu)化確定了軸向支撐半徑和側(cè)支撐方式、側(cè)支撐點(diǎn)位置。分析計(jì)算出主鏡處于不同俯仰角位置時的最大面形精度 RMS值為 5.3 nm。

《連續(xù)變焦鏡頭焦距輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)》一文設(shè)計(jì)了一種連續(xù)變焦鏡頭的焦距輸出結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)直接由一個連接桿與移動鏡組相連,由以蝸輪蝸桿驅(qū)動的直線位移傳感器為反饋元件,提高了焦距輸出的精度。

《船載光電經(jīng)緯儀塢外星體標(biāo)?！芬晃牟捎煤阈俏恢么婀潭ǚ轿粯?biāo),將原本在塢內(nèi)的經(jīng)緯儀標(biāo)校工作轉(zhuǎn)移到海上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:海上星校單項(xiàng)差的標(biāo)定與塢內(nèi)通過方位標(biāo)標(biāo)定的結(jié)果非常接近,照準(zhǔn)差偏差為 0.015″,水平差為0.22″,垂直差為 0.014″,系統(tǒng)誤差的標(biāo)定與塢內(nèi)結(jié)果具有很好的一致性,能夠滿足經(jīng)緯儀海上標(biāo)校的要求。

《環(huán)境對中波紅外探測器測溫精度的影響》一文根據(jù)測溫模型推導(dǎo)出紅外探測器像元灰度值和輻射照度之間的關(guān)系公式。根據(jù)以上公式推導(dǎo)出輻射測溫的修正公式,以高精度面黑體作為目標(biāo)進(jìn)行測溫實(shí)驗(yàn),對紅外探測器像元的灰度值進(jìn)行修正并計(jì)算測溫誤差,修正前、后測溫誤差的均方根分別為 3.56℃和 0.27℃,顯著提高了測溫精度。

《利用蒙特卡洛法分析紅外光學(xué)系統(tǒng)的雜散輻射》一文利用雜散輻射分析軟件 Light tools中已有的蒙特卡洛分析方法,對建立的紅外系統(tǒng)光機(jī)結(jié)構(gòu)的三維模型進(jìn)行光線追跡分析,得到了系統(tǒng)像面的照度分布結(jié)果。同時,對該系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)表面的熱輻射進(jìn)行了定量計(jì)算,分析了結(jié)構(gòu)中不同組成部分對系統(tǒng)像面的雜散輻射影響。針對紅外系統(tǒng)探討了雜散輻射抑制方法,為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了參考。

《地基多孔徑成像系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)》一文在現(xiàn)有加工工藝條件及裝調(diào)檢測條件下,設(shè)計(jì)了基于兩個子望遠(yuǎn)鏡的合成孔徑成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),選取菲索型多孔徑望遠(yuǎn)鏡為研究對象,從幾何光學(xué)理論出發(fā),討論了地基斐索型合成孔徑成像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的可行性。分析了實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵組件的調(diào)整精度,提出了保證合成孔徑成像系統(tǒng)能完善成像的解決方案。實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了分辨率小于 ±0.03 mm的微調(diào)機(jī)構(gòu)來保證系統(tǒng)獲得清晰圖像,使用分辨率達(dá)到 0.05μm的壓電直線精密驅(qū)動器系統(tǒng)來保證兩束光相位同步。

《亞波長閃耀光柵矢量衍射效率計(jì)算》一文通過建立閃耀光柵的電磁介質(zhì)模型,并將楔形不規(guī)則結(jié)構(gòu)簡化為多層矩形光柵結(jié)構(gòu),通過電磁場的介質(zhì)分布建立了嚴(yán)格耦合波方程。根據(jù)邊界條件求解出各層的電磁場分布,再通過增透矩陣方法將各層電磁場依次迭代,求解出了整個結(jié)構(gòu)的衍射效率。這種矢量衍射數(shù)值算法具有較高的準(zhǔn)確性,可以推廣應(yīng)用于高致密刻線復(fù)雜光柵的衍射計(jì)算分析。