理论分析和试验研究了机载导航白天星敏感器的探测性能, 建立了白天观星的信噪比和调制度在噪声影响下的数学模型, 对比了焦距一定, 不同入瞳直径和入瞳直径一定, 不同焦距情况下的计算结果。归纳了光学系统的性能要求及系统参数对探测效果的影响, 得出光学系统相对孔径为1/15较为合适的结论。在此基础上提出了用于3等星全天时观测的白天星敏原理样机的光机及电子学处理总体方案。利用相对孔径为1/15的望远物镜进行地面实验, 获得了对北极星从日出到正午的持续观测结果。对比不同时刻星点图像的亮度和对比度变化显示, 随着太阳高度角增大, 星点图像的对比度由上午5：00的1.55下降到正午12：00的1.2左右, 据此换算出样机方案的探测性能指标。计算结果表明, 采用口径为Φ70 mm, 相对孔径为1/15的光学系统可满足对3等星的探测最小调制度为0.03的要求。实验表明, 本文进行的理论分析正确, 方案合理可行, 可为小型高精度机载导航星敏感器的研制提供参考。

设计了新型压电步进式精密二维驱动器.以压电叠堆为驱动元件,在单体柔性结构上实现直线和旋转驱动二维精密驱动.同时利用独特的双侧对称箝位结构,保证工作的稳定性和准确性.进行了二维驱动器的有限元分析,通过大量试验研究.证明二维驱动器达到基本设计功能.试验结果表明:二维驱动器的旋转驱动分辨率达到0.45μrad,行程360°,速度达到0.04 rad·s-1时,扭矩可达0.2 N·m;直线驱动分辨率40 nm,行程20 mm,速度19.2 mm·min-1时,驱动力可达近10 N,可实现2自由度精密驱动.

提出了一种将压电叠堆驱动元件应用到精密旋转驱动器上的研究方案.在对驱动器机械结构及旋转运动工作原理进行分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的旋转驱动数学模型,采用有限元分析软件对机械结构进行了分析,并从旋转运动分辨率、运动稳定性等方面对所设计加工的样机进行了实验研究.实验结果表明设计的结构具有分辨率高、行程大和运行稳定等优点,克服了目前精密驱动机构存在的位移最小分辨率和大行程共存性不好的问题.

以压电叠堆为驱动元件,设计了新型的步进型精密直线驱动器.驱动器由于设计了独特的双侧对称箝位结构,可以利用精调斜块准确调整箝位面与动子的配合间隙,同时采用整体加工的柔性结构,保证了工作的稳定性和准确性.应用有限元分析方法对步进型精密直线驱动器进行了力学分析,并进行了大量的试验研究.试验测试结果表明:驱动器的分辨率达到40 nm、行程18 mm、驱动速度达到6mm/min,可牵引150 g的载荷.