在星光制导的空间飞行器中, 为准确确定空间方位信息, 提高导航系统的精度, 对星跟踪器光学镜头设计提出很高的要求。针对精度要求, 设计了一种新型星跟踪器的光学镜头, 系统地阐述了星跟踪器的工作原理, 通过光学设计及相差分析, 使光学系统的畸变小于0.2％、轴向球差小于0.1,该设计满足用户对高精度天文导航系统的需求。

针对隐身飞机的隐身特性, 提出一种采用分布式激光主动扫描照射和回波接收方式进行警戒探测的激光栅栏技术, 作为目标探测的新型探测手段。给出了激光栅栏技术的原理和发射接收分机的组成, 针对国外典型隐身飞机的部分飞行参数, 进行了激光栅栏参数的初步设计, 拟采用17.3 km为间隔设置激光发射接收装置, 激光光束扫描角度为60°; 采用重复频率20 kHz, 脉冲宽度10 ns, 单脉冲能量3.2 mJ, 平均功率64 W的YAG激光器作为发射机; 采用雪崩光电探测器进行接收。通过计算, 可以实现对15 km飞行高度, 1.5 Ma飞行速度的隐身飞机的探测需求。

通过数值仿真和实验研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器中孤子的形成。结果表明, Maxwell-Bloch方程描述的光纤激光器, 由于脉冲峰值箝制效应, 激光器中可以形成稳定的孤子。当形成的孤子强度被箝制在较大值时, 频谱展宽。继续增大被箝制的强度时, 孤子的强度不再增大, 而是形成新的孤子。

提出采用光纤激光相控阵光源在深空通信中组成全光组网的新方法, 模拟了1.55 μm的光纤激光相控阵光源在深空通信中的远场相对光强图, 得到了通过改变阵元之间的相位控制扫描角度, 阵元数目为2×2, 波长为1.55 μm, 纤芯半径为10 μm, 阵元在间距80 μm时, 扫描角度为[±]0.990 9°, 发现了利用光纤激光相控阵光源在深空全光组网高速通信中具有动态角度可扫描优势。

激光器工作时由于存在各种非辐射复合损耗和自由载流子吸收等损耗机制, 使注入到器件中的部分电功率转换成热耗散在激光器内, 直接影响激光器的效率和寿命, 因此散热处理一直是一个引人注意的焦点。采用微通道载体解决大功率半导体激光器阵列连续工作时散热问题, 通过ANSYS软件模拟优化结构参数, 实验测得了大功率半导体激光器阵列热阻。

目标检测是红外图像处理环节中的重要组成部分, 检测结果直接影响后续处理。在分析红外图像特点的基础上, 采用改进的Top-Hat算子对红外图像中的噪声点进行抑制, 同时基于传统K-means聚类思想, 提出基于二维梯度信息的K-means聚类目标检测算法。实验结果表明, 该方法抑制噪声作用明显, 能很好地检测出红外图像中的目标, 为后续图像处理工作打下较好的基础。

研究最优的阶梯型边缘检测算法, 包括用高斯滤波器平滑图像、用一阶偏导的有限差分来计算每个像素的梯度的幅值和方向、对梯度幅值进行非极大值抑制以及用双阈值算法检测边缘, 避免了其他算子常常会产生双边界或不闭合区域的问题。采用了正弦编码方法将红外灰度图像转换为伪彩色图像, 然后得出从机身前端到发动机之间的温度跳跃区域, 并以该区域的中心作为跟踪点完成导弹的末端制导。

提出了一种用于光电系统的时间同步技术, 以实现多传感器信息融合和协调驱动。该技术基于卫星授时和IEEE 1588标准, 可嵌入光电设备内。最后, 分析了时间同步技术对于光电系统性能提升潜力: 具有可时间同步信息的光电系统可快速获得准确的战场信息, 提高系统的可靠性和空间分辨力, 增强数据精度和置信度, 从而改善探测性能和工作能力。

在飞行试验中, 由于涡喷发动机遥测数据有限, 因此要对其故障进行准确分析定位存在很大难度。利用小波变换对涡喷发动机涡轮转速、喷嘴前压力等遥测数据经过去噪提取后, 找出奇异点, 并经系统去噪筛选, 形成数据文件, 利用BP 神经网络的模式分类功能, 发现故障出现的时刻及部件, 并结合研制过程中地面试车数据库, 可实现准确定位涡喷发动机故障部位及类型。实际应用证明方法实用有效, 可进一步推广到其他系统或部件的故障分析工作中。

针对无专用测试接口的设备进行TPS测试时单个现场可更换单元故障隔离率低的问题, 采用测试信号并行引出技术, 开发现场可更换单元的测试适配板等测试硬件, 将现场可更换单元的测试信号并行引出到自动测试设备进行测试分析, 高可靠地实现了单个现场可更换单元的故障隔离; 同时对信号并行引出带来的测试信号失真问题, 在测试程序中采用动态库数据解析技术, 提高了测试信号参数解析的准确率。

设计了一种基于FPGA的CMOS传感器多模式采集系统, 研究了普通模式、高速模式、TDI模式三种模式的开发及模式切换。在掌握CMOS面阵传感器的原理和特点的基础上, 选用了合适的芯片及外围电路设计用于实现三种模式的CMOS面阵采集器。分析了三种模式下的CMOS面阵采集器的采集特点, 采用以FPGA芯片为核心的硬件电路控制整个系统, 用Verilog语言对FPGA芯片进行内部功能模块划分, 包括模拟SCCB协议以完成对CMOS传感器内各寄存器的配置、开辟同步FIFO、RAM缓存等。最后对USB芯片固件及电脑驱动进行设计, 并用VB与MATLAB混编的方式对图像数据进行处理并显示。

阐述了该光学系统研究的意义, 确定了基本设计原则。然后进行了平行光管和望远镜的高斯光学结构模型及设计, 建立了具体的数学模型并进行求解。最后根据目标耦合光路结构, 利用ZEMAX软件对该光学系统进行了优化设计, 对优化结果进行了像质评价, 得出了结论。该系统解决了红外光学精确制导系统动态跟踪特性的内场测试的一系列问题, 促进了红外黑体跟踪目标地面等效测试的发展, 对提升仿真试验技术能力提供了重要的硬件支撑。

针对目前太阳能充电控制器对蓄电池的保护不够充分, 蓄电池的寿命缩短这种情况, 研究确定了一种基于单片机Atmega16的太阳能充电控制器的方案。本设计使用低功耗、高性能的Atmega16单片机作为核心器件对整个电路进行控制。系统硬件电路由太阳能电池充电电路、电压采集和显示电路、单片机控制电路和RS-485串口通信电路组成, 主要实现对蓄电池电压的采集和显示。软件部分依据PWM(pulse width modulation)脉宽调制控制策略, 编制程序使单片机输出PWM控制信号, 控制信号将实现对功率开关器件MOS管开通与关断的控制, 从而实现太阳能极板对蓄电池的充电控制[1]。根据控制器的要求, 编制软件程序, 软件实现蓄电池高效率充电, 使蓄电池不过充、过放, 保护蓄电池, 延长蓄电池使用寿命。

径向偏振光具有轴对称的偏振光结构, 在经过高数值孔径的透镜汇聚以后有很强的纵向梯度电场且具有超越衍射极限的能力, 光波的电磁场强度越大, 处于这种光波之中的物质能量越高。采用偏振光轴向检测片产生径向偏振光, 并通过偏振光检测装置对径向偏振光进行质量检测。结果发现, 利用该种方法产生的偏振光具有轴对称性高、各个点沿径向偏振光强均匀分布。

等效相移光栅的原理是, 通过对取样光纤布拉格光栅在特定点进行毫米尺度的“位移”, 经过傅里叶变换, 在各频率通道产生“等效相移”。首先利用光栅的Turan传输矩阵进行数值模拟, 验证了真实相移光栅的各种性质在等效相移光栅中的实现, 然后针对当前关于等效相移光栅的报道中, -2级光栅反射率都很低, 并且没有出现“等效相移”的情况, 提出了一种实现-2级等效相移光栅的方法, 并进行了仿真验证。最后给出了等效相移光栅反射率随长度变化的曲线。

基于常温反应磁控溅射和热处理工艺, 在硅片(100)衬底上, 制备出了具有相变特性的二氧化钒(VO2)薄膜, 采用XRD、SEM对薄膜的物相结构、表面形貌进行了表征。热处理后, 薄膜晶粒开始生长, 在[2θ=]27.9°、37.1°、42.3°分别出现了VO2的(011)、(200)、(210)衍射峰, 薄膜形貌均匀致密。对薄膜的方块电阻进行了变温测试, 相变前后薄膜电阻突变量达三个数量级, 具有很好的半导体-金属相变特性。文中还对VO2薄膜在伪装领域的应用前景进行了分析。

基于迈克尔逊干涉仪能够测量微小长度变化量的原理, 自行改装并设计出利用等光程法实现对固体材料线膨胀系数精确测量的装置。基本思路是将原迈克尔逊干涉仪上的两个反射镜都改装成动镜, 并将改装后的一动镜放在新增的导轨上, 然后将其和待测金属棒的一端相连接, 当金属棒受热后会产生细微的伸长, 进而顶着动镜产生细微的移动, 通过调节并观测受热前后屏上干涉条纹“缩进”和“涌出”的分界点来确定金属棒产生的微小形变量, 然后根据公式计算出待测金属棒的线膨胀系数。该测量方法克服了传统数条纹方式的缺陷, 可实现对金属棒线膨胀系数的精确测量, 具有操作简便, 实用性强的优点。

对于红外成像制导导弹, 面源红外诱饵是一种效费比较高的干扰手段, 具有广泛的应用前景。为实现有效干扰, 面源红外诱饵的红外辐射特性必须满足一定的要求。文中分析了面源红外诱饵的干扰有效性, 对光谱特性、辐射强度、时域特性、辐射面积等红外辐射特性的测试方法进行了分析, 并给出了一些实例, 为面源红外诱饵的设计和考核提供技术支持。