华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
与传统的二维指向镜系统不同, 基于压电陶瓷的反射镜系统控制精度要求高, 反射镜的反射面与三维坐标系的X轴平行, 难以求得简单的解析表达式。为了解决这一问题, 对反射镜系统中的光轴偏和像旋特性进行分析研究。从光学反射矢量基本 理论出发, 建立二维指向镜数学模型, 根据目标偏转角解耦得到指向镜的方位角和俯仰角, 模型采用数值解并提出数值解的 约束条件。仿真实验结果表明: 二维指向镜偏转误差远小于系统瞬时视场角; 最后分析二维指向镜旋转引起的像旋问题, 实 验测得像旋误差小于0.01°。满足系统的精度要求, 为像旋校正提供理论依据。
二维指向镜 光轴偏 像旋 瞬时视场角 压电陶瓷 two-dimensional pointing mirror optical axis offset image rotation IFOV piezoelectric ceramics
1 上海卫星工程研究所, 上海 201109
2 上海航天技术研究院, 上海 201109
在探测海面大气成分时, 由于海面的反射率较低, 通过观测高亮度的海洋耀斑可提高入瞳辐射能量, 从而获得高信噪比的可见光-短波红外大气观测数据。海洋耀斑本质上是太阳的像, 相对卫星的张角较小, 因此需要卫星通过二维跟踪机构实现跟踪观测。研究了一种考虑地球椭率的海洋耀斑二维跟踪计算方法, 分析了地球椭率以及太阳对地球的张角对计算误差的影响, 给出了一年内的误差变化情况, 并将其与卫星工具包(Satellite Tool Kit, STK)输出的结果进行了对比。
海洋耀斑 地球椭率 二维指向 迭代 收敛性能 solar glint earth oblateness 2-dimension pointing iterate convergence
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(上海技术物理研究所)，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院大学，北京100049
我国正处于海洋高频观测的发展阶段，作为海洋观测的一个重要途径，静止轨道海洋成像辐射计的发展具有重要的战略意义。本文分析了静止轨道二维指向面阵成像光学系统所引入的像旋误差，提出了针对面阵误差的图像消旋算法，并且给出了消旋算法有效性的验证方法。经验证，本文提出的消旋算法，消除了39%像面旋转的影响，可以大大提高二维指向成像的地理定位精度，提升遥感仪器的准确度，因此本工作为二维指向面阵成像系统后续图像处理奠定了基础。
静止轨道 像旋 二维指向镜 消旋验证 几何定位 geostationary image rotation two-dimensional pointing mirror image rotation elimination verification geostationary positioning
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院空间主动光电重点实验室，上海 200083
为了对大视场范围内的目标进行 光谱成像，人们通常采用二维指向镜和面阵凝视光谱仪相结合 的技术途径。当用二维指向镜对近距离目标进行成像时，在不同方位 角与俯仰角下产生的像旋和畸变等都不同，从而给后续处理带来了 困难。因此需要先建立目标实际坐标系、探测器图像坐 标系和俯仰方位角三者之间的光学传递模型。根据该 模型即可得到透射畸变图像与真实图像之间的变换关系。然后通 过透射变换对透射畸变图像进行正视校正，便可对 大视场图像进行拼接。外场实验结果表明，该方法可行性 强，简单易行，稳定性好。
二维指向镜 凝视成像 透射变换 大视场成像 two-dimensional pointing mirror staring imaging transmission transform large field-of-view imaging
中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
在探月工程中，为了实现基于空间应用光谱仪的多目标光谱探测，需要设计满足轻小型和高可靠性的二维指向机构。目前，超声电机作为驱动源，精密电位计作为一种位置传感器，因其自身的优良性能正逐步应用于精密仪器和定位技术中。基于此，设计了由超声电机、精密电位计和扫描镜组成的二维指向机构，并以一维指向模型为工程样机，通过设计闭环控制电路和指向控制机制进行功能测试，验证了该机构空间应用的可行性。为了测量精度，搭建实验室测试平台，并进行多次指向试验，通过对测试结果进行分析，提出提高指向精度的方案。
二维指向 超声电机 精密电位计 精度分析 two-dimensional pointing mechanism ultrasonic motor precise potentiometer accuracy analysis
本文针对非传统二维指向镜跟踪系统, 建立了跟踪器入射光轴角速率与仪器框架轴角速率的运动学耦合方程, 给出了完整跟踪解耦关系式, 并对解耦关系式进行了适当的小角度近似和线性化处理, 从而实现成像跟踪闭环控制环路。仿真结果验证了解耦关系式的正确性和有效性。经过近似处理后不但有效解决了算法的实时性问题, 且对跟踪器镇定时间无较大影响。
成像跟踪 二维指向镜 解耦方程 tracking system 2-DOF mirror decoupling
为了实现对大视场范围的目标进行搜索捕获或者成像，采用了二维指向镜与面阵探测器相结合的技术方案。对二维指向镜系统电机转角耦合特性和成像规律进行研究。首先，从光学反射矢量理论出发对二维指向镜系统建立数学模型，解耦得到扫描电机转角与视轴指向方位角之间的关系；然后，从数学模型出发可得出电机扫描时目标在像面的扫描轨迹和二维扫描镜系统造成的像旋情况，实验测得扫描轨迹的倾角与计算所得的轨迹倾角误差小于0.1°，像元位置偏差不到0.2个像元；最后，分析了采用二维扫描镜的成像系统消除像旋的算法，为二维指向镜实现精确跟踪和软件校正像旋提供理论依据。
光电搜索跟踪系统 二维指向镜系统 像旋 扫描轨迹 EO searching/tracking system twoaxis gimbaled mirror system image rotation scan trace
光电系统信息控制技术国家级实验室，河北三河065201
在光学反射矢量理论的基础上，分析了二维指向镜的定域扫描方式的非线性扫描特性，给出了指向镜二维扫描的轨迹及像旋角的计算公式，提出了对扫描轨迹进行非线性校正的方法.在不进行消旋处理的情况下，将二维指向镜的定域扫描方式直接应用于点源探测系统如红外系统中.
二维指向镜 定域扫描 像旋 扫描轨迹 two-dimensional pointing mirror scanning mode in the given area image rotation scanning trace
目标搜索和跟踪一体化的光电探测系统常采用二维指向镜与面阵凝视成像探测相结合的技术方案。本文在光学矢量反射理论的基础上,对二维指向镜的成像特性进行了分析,给出了扫描轨迹的计算,指向镜摆动角度与视线角之间的关系。当指向镜绕两轴转动时,物体反射像也随着指向镜的转动产生像旋,扫描轨迹呈非线性变化。文中讨论了多元探测器像旋角的计算和对跟踪系统的影响,为软件校正像旋和二维控制实现精确跟踪提供理论参考价值。
二维指向镜 像旋 扫描轨迹 多元探测器 two-dimensional pointing mirror image rotation scanning trace detector array
在航天遥感仪器中,为了缩小二维指向镜的大小可将45°镜偏转一定角度,如60°镜.在光学反射矢量理论基础上,对不同角度指向镜的摆动范围、像旋特性进行分析比较.从扫描特性角度分析了倾斜扫描镜使其减小尺寸的可行性.
遥感 二维指向镜 45°镜 60°镜 像旋角 扫描轨迹 remote sensing scan mirror 45° mirror 60° mirror image rotating angle scantrace
