对比分析现有光束扫描系统的优劣, 提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置, 光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析, 建立二维振镜扫描系统调向模型, 并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明: 二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″, 调向角误差小于9″, 调向误差小于10″, 能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。

A composite one-dimensional (1D) Ag sinusoidal nanograting aiming at label-free surface enhanced Raman scattering (SERS) detection of TNT with robust and reproducible enhancements is discussed. 1D periodic sinusoidal SiO₂ grating followed by Ag evaporation is proposed for the creation of reproducible and effective SERS substrate based on surface plasmon polaritons (SPPs). The optimal structure of 1D sinusoidal nanograting and its long-range SERS effect are analyzed by using the finite difference time domain (FDTD). Simulation SERS enhancement factor (EF) can be 5 orders of magnitude as possible. This SERS substrate is prepared by the interference photolithography technology, its SERS performance is tested by Rh6G detection experiments, and the actual test EF is about 10⁴. The label-free SERS detection capacity of TNT is demonstrated in the experiment.

为了提高基于二维振镜光轴平行性检测方法的检测精度, 简化测量操作步骤, 设计了一种基于二维振镜扫描系统的多光谱集成靶标。通过多光谱集成靶板与LED照明光源结合, 解决一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题。利用二维振镜进行十字分划中心对准, 提高CCD检测方法的测量精度; 采用像差优化的卡塞格林准直系统, 改善十字分划成像质量。通过光轴平行性检测实验, 多光谱集成靶标校准精度达到了0.10 mard, 该精度满足多光谱光电系统光轴平行性高精度和自动化检测的要求。

为满足现代复合光电系统多光轴一致性的在线检测需求, 提出一种基于光学自动瞄准和惯性测量的大间距多光轴夹角测量方法。利用惯性传感器提供一个准确且可移动的基准坐标系, 瞄准被测光轴并测量其在基准坐标系中的单位向量坐标, 再由向量坐标计算光轴夹角, 以此检测光轴一致性。构建了测量系统的原理样机, 并采用蒙特卡罗法对其测量不确定度进行评定。对复合光电系统中激光测距机与红外热像仪的光轴一致性进行实际检测, 实验结果表明, 激光发射轴与瞄准轴的一致性测量误差为24.4″, 红外热像仪光轴与瞄准轴的一致性测量误差为27.0″。采用移动测量的方式, 扩大了测量范围、提高了测量效率, 为野外环境下大间距多光轴一致性在线检测提供了一种有效的手段。

由于被测对象相距较远, 高精度的公共测量基准难以建立, 因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题, 提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先, 阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后, 对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究, 重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后, 利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定, 为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。

为了设计光轴一致性检测中用于基准光轴空间角监测的液浮空间角靶标,确定了液浮靶板选择原则。首先,利用流体力学对靶板在浮液中的横摇固有周期进行了分析;然后,结合谐振等相关知识,分析了靶板横摇固有周期与浮液震荡周期不同比值下,靶板的稳定情况;最后,确定了靶板横摇固有周期应大于浮液震荡周期的靶板选择原则。通过对不同厚度的圆柱形靶板及半球形靶板的分析,选择横摇固有周期较大的半球形靶板,并通过实验验证了所确定的靶板选择原则的正确性。

随着大型装备制造工业飞速发展, 其制造与装配等过程对大尺寸空间几何量的测量技术要求越来越高。为了分析大尺寸空间几何量测量中的空间角测量技术的发展, 在综述5种传统大尺寸空间角测量方法的基础上, 介绍了大尺寸空间角测量方面国内外相关研究的3种新的代表性成果。着重阐述了一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法, 该方法将光电自准直跟踪技术与惯性测量技术有机结合, 测量范围更大、便携性更强, 特别适合外场条件下大尺寸空间角的快速测量。测试结果表明, 目前其有效测量范围可达10 m, 测量精度为0.5°, 同时还针对系统测量范围与测量精度的进一步提高提出了改进方案。