为了满足望远镜跟踪系统的发展需求,研究了基于图像处理的自动对焦技术在望远镜跟踪系统中的应用。介绍了几种图像清晰度评价函数,包括梯度函数以及统计函数等,并通过计算机仿真和实验验证的方式分析了各种评价函数在此自动对焦系统中的应用和性能。研究结果表明自相关函数、能量梯度函数和Sobel函数都是有效的清晰度评价函数,其中自相关函数相对其他函数性能更加优越。

根据某大口径望远镜水平轴系的结构设计方案,利用结构分析软件I-DEAS,建立了结构分析模型,求得了水平轴系前几阶固有频率和振型图.分析结果显示出了水平轴各部分结构振动的强弱分布,为结构的动力学优化设计提供了可靠的依据.提出了次镜支撑的偏置十字型中心结构,该结构具有较高的谐振频率,因此可以用于大口径望远镜中.

四翼十字形中心支撑结构是大型望远镜中次镜支撑的典型结构,其动力学性能直接决定着光学成像视轴的稳定性和精确性.基于板壳理论,采用Rayleigh方法,通过选取恰当的振型函数,建立了次镜支撑结构的动力学模型.针对支撑筋板不同的结构参数,分别进行了数值仿真和有限元分析,二者规律相同,结果基本一致,认为该方法可以用于类似结构动力学特性的计算.

依据1.3 m主镜支承的技术要求,完成了支承结构的设计分析。确定了有中心定位的底面18点支承和侧面水银带支承的技术方案。对于结构复杂的轻质镜,依据均衡原理,利用结构分析并结合插值算法确定了底支承18点的支承位置;在给出了具体底支承结构设计后,对底支承的结构变形和结构设计允差进行了分析。根据主镜立放状态下的受力分析,给出了3个水银带侧支承的设计变量,最终依据镜面Z向变形最小的原则和12种工况下有限元的分析结果,确定了水银带侧支承的设计。在中心定位设计中,考虑到温度变化的影响,选用了特殊的殷钢材料。在具体结构设计中,为减小支承球头与主镜直接接触的不利影响,在支承球头和主镜之间增加了过渡轴套。用Zygo干涉仪检测了装配完成后的主镜,主镜镜面变形PV值为0.7λ,RMS值为0.15λ。该支承结构基本满足了设计要求,且结构稳定...

为了实现光学设计软件和有限元分析软件间数据的相互通信,给出了光机系统集成分析中光机间数据的处理及转换算法。用Zernike多项式作为接口工具,在研究Zernike拟合算法的基础上编制了可视化光机接口程序,并介绍了该程序各模块的功能。以一望远镜反射镜面为对象,进行了光机集成分析,结果表明了该光机接口程序的高效性和通用性。

望远镜是动态光电跟踪探测系统中的关键部件之一,特别是大口径光学系统,不仅要求主望远镜的稳定性高,还要尽可能地减少结构质量.根据1.3m大口径望远镜的结构设计方案,利用大型有限元结构分析软件I-DEAS,采用板壳和质量单元描述结构主体,建立了较为精确的结构分析模型,求得了望远镜在不同俯仰角位置时的主、次镜位置变化,为整个望远镜的结构设计提供了可靠的依据.

分析一种音圈电机驱动的快速控制反射镜(FSM)的机械结构,由此建立其数学模型.依据模型,以不完全微分PID控制算法来消除结构谐振的不稳定影响,采用线性功率放大驱动方式,可使控制带宽超过其结构谐振频率,实现高带宽控制.实验表明,该方法应用于结构谐振频率分别为90Hz和20Hz的两种快速控制反射镜,系统的抑制带宽能分别达到315Hz和240Hz, 而且该方法简单可行,通用性强.

激光系统往往需要应对复杂的环境气流,同时由于激光扩束系统口径增大,其晶体窗口难以实现,环境气流更容易进入系统内部,从而影响光束质量。针对环境气流对激光扩束系统带来的气动光学效应问题,借助流体力学软件FLUENT对系统内部流场进行CFD求解,得到不同风力等级和进风角度下流场的各种参数分布,再通过Gladstone-Dale关系将流场密度场映射为折射率场,运用变折射率流场的光线追迹法,得到光束在该非均匀流场中的传输路径;最后结合数值分析方法,计算得到湍流场所带来的光学像差。结果表明,环境气流会给主次镜和反射镜周围引入较多涡流,因此不能忽略其光学效应,从而提出了一种增加扩束系统镜筒长度的方法来降低这一影响。镜筒加长0.5 m之后,扩束系统内部的涡流团可以避开光束传输的主要路径,其出口处波像差的RMS值从最初的0. 317μm下降到0.078μm...