检索结果-内蒙古大学图书馆

光子学报 2024年第3期53卷 232-242页

作者：张季丰宋延嵩王俊尧刘洋长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度... 详细信息

为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明:该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。

关键词：双液晶偏振光栅光电跟瞄平台跟踪性能反向解算公式 LQR控制视轴解耦

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低公差敏感度的大变倍比极短总长中波红外变焦光学系统设计

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中国光学(中英文) 2025年第1期18卷 70-77页

作者：李雨哲胡源霍家琦张又予高天元长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变... 详细信息

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

关键词：红外系统长焦距变焦大变倍比极短总长低敏感度

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折/衍混合光学系统在纳型星敏感器中的应用

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光子学报 2024年第6期53卷 251-263页

作者：邓骞张国玉孟遥孙高飞杜宗育长春理工大学光电工程学院长春130022 光电测控与光电信息传输技术教育部重点实验室长春130022 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心长春130022

微纳卫星是一种新兴的微小卫星,与之适配的纳型星敏感器的光学系统应在小型化的同时实现大相对孔径、高成像质量。针对这一需求,由星敏感器的系统设计精度和探测星等分配了光学系统设计参数及指标,设计了一种全视场17°、焦距25 mm... 详细信息

微纳卫星是一种新兴的微小卫星,与之适配的纳型星敏感器的光学系统应在小型化的同时实现大相对孔径、高成像质量。针对这一需求,由星敏感器的系统设计精度和探测星等分配了光学系统设计参数及指标,设计了一种全视场17°、焦距25 mm、相对孔径1∶1.086、光学系统总长36.4 mm的七片式折衍混合结构的星敏感器光学系统。根据衍射元件的负色散特性,用折衍混合透镜代替常规材料正负透镜组合的方式减少了镜片数量,缩短了光学系统长度,并提高了光学系统的成像质量,使点扩散函数趋于正态分布,有利于质心提取精度的提高。所设计的光学系统在3×3像元内的能量集中度超过90%;最大畸变仅0.013%;全视场垂轴色差小于0.6μm。通过标量衍射理论计算衍射元件在520~780 nm内衍射效率可以达80%以上,通过杂散光分析软件ASAP对系统进行了视场内鬼像分析,系统在多级衍射时探测目标成像光斑路径下的光通量与最亮鬼像光斑路径下的光通量之比大于3.17×10^(4),验证了在极限星等为6.5时满足信噪比大于8.1的结论。最后对所设计的系统进行了公差分析,结果表明加工后该光学系统可满足微纳卫星对星敏感器的使用要求。

关键词：纳型星敏感器光学设计折衍混合光学系统大相对孔径衍射面鬼像

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融合双轴转台的全方位工业激光投影系统标定方法

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光子学报 2025年第3期54卷 139-153页

作者：郭丽丽韩振寰林雪竹李丽娟长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春理工大学中山研究院

为解决工业激光投影系统面向大尺寸（大于9.2 m×9.2 m）构件进行投影定位时，因自身投影范围受限导致系统需多次转站标定，致使投影标定所需的合作目标点布设繁琐、增加标定时间等问题，构建了融合双轴转台的全方位工业激光投影定... 详细信息

为解决工业激光投影系统面向大尺寸（大于9.2 m×9.2 m）构件进行投影定位时，因自身投影范围受限导致系统需多次转站标定，致使投影标定所需的合作目标点布设繁琐、增加标定时间等问题，构建了融合双轴转台的全方位工业激光投影定位系统，并针对本系统提出了基于双轴振镜和双轴转台两者四轴转角的标定方法。首先，提出了基于激光跟踪仪与多参数集成标定板的系统构建参数标定方法，建立系统构建参数标定模型，实现了对双轴转台与激光3D投影系统之间的实时相对位姿的标定；其次，根据不同合作目标点对应的双轴振镜与双轴转台两者四轴转角，建立了系统外部参数标定模型，基于双轴转台坐标系，获取激光3D投影系统坐标系与被投影物体坐标系之间的相对位姿并实时监测位姿变动；最后，针对标定模型构建目标优化函数，采用序列最小二乘法优化算法解算标定参数。仿真结果表明，所建模型标定精度可达10-6mm，加入系统正态分布误差后进行仿真，其平均标定精度为0.242 mm，实验结果表明实际投影最大偏差大约为0.30 mm，实现了全方位投影。

关键词：测量激光投影定位系统双轴转台标定模型全方位投影

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基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术

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光子学报 2023年第2期52卷 225-236页

作者：王俊尧宋延嵩刘洋张季丰长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反... 详细信息

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。

关键词：旋转双棱镜光束偏转复合跟踪光轴修正跟踪精度

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基于Q-con非球面的折反射式全景光学系统设计

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光子学报 2023年第5期52卷 242-256页

作者：包晟刘智颖黄蕴涵张禛长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片... 详细信息

为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成,其中反射镜单元采用Q-con非球面面型,其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4,成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势,实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统,对两者进行了分析比较。结果表明,相对于偶次非球面,Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级,不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本,同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

关键词：光学设计折反射式全景光学系统 Q-type非球面曲面拟合反射镜单元

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基于PROA-BP的激光3D投影振镜偏转电压预测模型

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光子学报 2024年第3期53卷 49-61页

作者：林雪竹王海郭丽丽闫东明李丽娟刘悦孙静长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022 长春理工大学中山研究院中山528437

为减小激光3D投影系统振镜偏转角偏差与根据振镜偏转角标定的转轴公垂线长度e误差引起的投影系统综合非线性误差,实现激光3D投影系统高精度辅助装配,提出一种基于改进的?鱼优化算法-BP神经网络的激光3D投影振镜偏转电压预测模型,以激光... 详细信息

为减小激光3D投影系统振镜偏转角偏差与根据振镜偏转角标定的转轴公垂线长度e误差引起的投影系统综合非线性误差,实现激光3D投影系统高精度辅助装配,提出一种基于改进的?鱼优化算法-BP神经网络的激光3D投影振镜偏转电压预测模型,以激光出射方向单位矢量作为输入预测振镜偏转电压数值。将改进的?鱼算法与BP神经网络相结合,解决BP神经网络容易陷入局部最优解问题,并通过BP神经网络实现激光3D投影系统综合非线性误差的耦合与补偿。结果表明,改进的?鱼算法-BP神经网络训练10 000次后均方差误差和平均绝对误差均值分别是粒子群算法-BP神经网络的41.2%、62.4%,是BP神经网络的22.2%、50.7%。基于改进的?鱼算法-BP激光3D投影振镜偏转电压模型的投影定位精度为0.35 mm,与激光3D投影传统模型相比,投影定位精度提升了30%,可实现更高精度投影定位。

关键词：激光3D投影系统非线性误差 ?鱼优化算法 BP神经网络投影定位精度

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基于粒子群优化BP神经网络的激光扫描投影系统畸变预测方法

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光子学报 2024年第6期53卷 275-286页

作者：张宏韬唐芳吴坤朱亦然侯茂盛长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022 中国人民解放军66736部队北京100095

为了精准、高效地预测和校正激光扫描投影系统的畸变误差,研究了基于粒子群优化BP神经网络的畸变预测方法。建立了BP神经网络结构,并融合粒子群优化算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化,得出基于粒子群优化BP神经网络的激光扫描投影... 详细信息

为了精准、高效地预测和校正激光扫描投影系统的畸变误差,研究了基于粒子群优化BP神经网络的畸变预测方法。建立了BP神经网络结构,并融合粒子群优化算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化,得出基于粒子群优化BP神经网络的激光扫描投影系统投影畸变预测模型。选取距激光扫描投影仪器两米的待投影面上的理论坐标点及各点相应畸变值Δx作为粒子群优化BP神经网络的训练数据集,将待投影面上实际投影位置坐标代入训练好的粒子群优化BP神经网络进行预测得到预测畸变值输出,并与实际畸变值对比,最后,引入Elman神经网络预测模型的预测结果与所研究预测方法进行对比。结果表明:在±30°的全视场扫描投影范围内粒子群优化BP神经网络预测模型的均方根误差为0.0176 mm,解算时间仅需22.4 s,相较于Elman神经网络效率提升78.33%,预测精度及时间明显优于Elman神经网络,可以有效预测激光扫描投影系统的畸变误差。

关键词：激光扫描投影粒子群优化算法 BP神经网络误差预测二维振镜图形畸变

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基于相关双采样探测的非连续扫描方法研究

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中国激光 2024年第5期51卷 48-59页

作者：侯茂盛吴坤张宏韬顾崇可段洁长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 华东师范大学物理与电子学院上海200241

为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题,首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法,设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块,经实验验证,设计的相关双采样探测模块在输入信号... 详细信息

为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题,首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法,设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块,经实验验证,设计的相关双采样探测模块在输入信号干扰比为-29.5 dB时仍能稳定地检测出激光光斑是否落在合作目标的高反射区。然后,针对相关双采样探测的特点,设计了一种基于二分原理的非连续扫描方法,以实现合作目标中心位置的快速提取。最后,使用此方法与栅矩形扫描方法对投影距离为3000 mm处的三个合作目标进行扫描探测和中心位置提取,实验结果表明,栅矩形扫描方式需获取10000个扫描点,而基于相关双采样探测的非连续扫描方法减少了97.4%的扫描点,且中心定位偏差优于0.06 mm。所研究的方法能够提高激光扫描投影系统合作目标探测过程的环境光自适应能力,大幅减少扫描点的同时还能保证中心位置提取精度。

关键词：激光扫描投影相关双采样二分原理合作目标

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特征自适应的复杂曲面扫描路径生成方法

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 117-132页

作者：林雪竹王庭轩郭丽丽李丽娟长春理工大学光电工程学院、光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 长春理工大学中山研究院广东中山528437

为了解决现有自动化扫描方法在面对复杂曲面时扫描完整性不足、普适性不佳等问题,提出了一种特征自适应的自动化扫描路径规划方法。首先,构建了激光扫描仪的扫描约束条件,分析其对扫描精度的影响,为特征自适应的复杂扫描路径规划提供理... 详细信息

为了解决现有自动化扫描方法在面对复杂曲面时扫描完整性不足、普适性不佳等问题,提出了一种特征自适应的自动化扫描路径规划方法。首先,构建了激光扫描仪的扫描约束条件,分析其对扫描精度的影响,为特征自适应的复杂扫描路径规划提供理论支撑。其次,针对扫描仪姿态规划问题,提出了一种新的测量倾角约束聚类算法,对离散复杂曲面后获得的采样点进行聚类处理,实现扫描仪姿态的规划,并在此基础上获得扫描路径点。再次,针对扫描路径规划问题,引入法向矢量夹角矩阵作为惩罚矩阵,优化改进最近邻算法,实现符合需求的扫描路径规划。最后,为验证该方法可行有效,以汽车车门作为扫描对象,搭建了一个组合式自动化柔性测量系统,与传统行切扫描方法、手动扫描方法进行对比试验。试验结果表明,该方法相较于行切扫描方法在扫描仪姿态变换次数上减少了54%,测量精度提高了64.5%,降低了人工干预因素的影响,扫描完整性与手动扫描方法接近,可以实现针对复杂曲面的自动化扫描测量。

关键词：激光扫描仪扫描路径规划扫描约束特征自适应聚类处理

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