为了解决激光除漆声学监测方法难以满足实际生产需要的问题, 采用贝叶斯判别方法进行了理论分析和实验验证, 将除漆过程分为正在清洗、清洗完成且基底无损伤、基底损伤3种类别, 结合光声效应分析除漆声信号在清洗过程的变化, 提取特征参量建立判别模型, 实现了对激光除漆的定量判别。结果表明, 训练样本准确率达到99%, 测试样本准确率达到98.7%。该方法具有较高的准确性和实用性, 可为激光清洗声学监测的研究提供借鉴。

针对激光除漆的在线监测问题, 搭建声学监测实验平台, 研究激光除漆过程的声学监测技术。结合表面形貌和信号处理, 通过时域和频域分析, 发现了声波正压峰值、脉冲波形持续时间、清洗频率分量、直流分量和第一个谱峰的频率等一系列特征参数, 并通过逐步判别分析方法得到判别函数。研究表明, 除漆声信号可以提供有效的特征信息, 通过对清洗特征的判别可以实现对激光除漆的过程监测, 具有进一步实用的潜力。

针对激光清洗去除金属表面涂层, 采用正交实验的方法研究了激光清洗可调工艺参数对涂层清洗效果的影响, 调整不同参数, 通过改变激光能量密度、激光清洗速度、激光光斑重叠率, 研究这三者对于清洗效果的关系。实验选用Q235钢材料作为清洗对象, 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分别表征清洗前后的样品表面形貌和元素成分。结果表明: 当激光能量密度2.8 J/cm2、清洗速度12 cm2/s、光斑重叠率80%, 能很好的去除表面涂层; 能量密度较高时, 会出现清洗损伤; 适宜的清洗参数能在不伤害基底的同时且高效去除金属表面涂层。

自准直仪对安放在光电编码器轴系上的多面体进行检测是目前检测光电编码器的测角精度的常用方法之一。为了提高检测效率, 根据自准直仪检测原理, 对多面体塔差对自准直仪读数的影响进行理论分析; 其次, 依据偏心产生的原理, 分析了多面体安装偏心对检测光电编码器精度的影响, 得出了多面体塔差或多面体安装偏心在光电编码器精度检测中, 因自准直仪的读数方式不同造成的影响不同。用23面体检测某种型号21位绝对式光电编码器, 采用沿自准直仪y轴读数的方式, 多面体安装偏心造成的检测误差为Vp-p=7.9″, 多面体塔差造成的检测误差Vp-p=0.8″。实验结果表明, 自准直仪读数方式不同, 多面体塔差和安装偏心造成的检测误差不同, 为提高检测效率提供了一定的理论指导。

为了在高温环境下测量角位移, 研制了一种基于光纤的耐高温增量式光电编码器。针对高温工作环境提出利用耐高温的光纤传输光, 在常温环境中采用FPGA处理增量式编码器的电信号, 并通过USB传输角度信息; 分析光源光束准直度对光电编码器的影响, 提出采用LED凸透镜光纤耦合的方式获得平行光; 最后, 使用自准直平行光管和23面体检测精度, 并对比LED凸透镜耦合方式和直接耦合方式的精度。实验结果表明: 该系统在100 ℃的高温环境下工作正常, 编码器头部外型尺寸为62 mm×42 mm, 分辨力为0.3″, 精度3σ=13.55″; 与LED直接耦合方式相比精度提高了20.8%, 满足高温环境下角位移测量的需求。

面向星敏感器在轨应用时杂光抑制的迫切需求, 开展了星敏感器遮光罩出口杂光辐照度分布定量测试。基于微型光纤光谱仪、二维高精度位移台以及太阳模拟器搭建了可逐点扫描的杂光测试平台, 并将辐射测量软件与运动控制软件进行有效整合, 开发系统集成测试软件, 完成遮光罩出口杂光辐照度分布的实时定量测量。针对获取的不同光照入射角下遮光罩出口处的测量计数值, 根据测量时设定的积分时间及保存的暗背景数据以及光谱仪定标数据计算获得遮光罩出口处的杂光辐照度分布。数据处理结果表明: 遮光罩在出口处的杂光辐照度约为102 W/cm2, 而且分布不均匀。基于误差分析理论构建了测量误差模型, 误差计算结果为4.87%, 表明了测量方案的合理性和可行性。测量数据可为星敏感器系统方案设计、论证、测试、定型及应用提供重要的技术支持。

提出了一种空间目标红外动态辐射特性的建模方法。目标红外辐射包括自身发射辐射和对背景的反射辐射。根据目标与背景特征建立了空间目标辐射特性的物理模型。基于表面材料属性对目标表面进行区域与面元划分, 根据能量守恒定律, 利用目标在宇宙空间的热平衡方程建立了空间目标自身红外辐射特性的数学模型。同时, 引入双向反射分布函数模型描述目标表面面元的反射特性, 将目标所有面元反射分量叠加建立了目标红外反射特性的数学模型。最后, 构建目标本体坐标系, 通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系。根据给定的轨道参数、目标几何尺寸和表面物性参数仿真获得空间目标在轨红外特性。计算结果验证了模型的有效性, 为空间目标的红外探测与识别提供参考数据。

新型高光谱大气臭氧传感器大多计划搭载地球静止轨道平台, 其对大视场范围和时间范围内的臭氧总量提取提出了更高的需求。 TOMS V8算法在低轨卫星大气臭氧传感器得到广泛的应用和发展, 但其在大观测几何条件下的提取精度不足, 因此如何提高TOMS算法在新型传感器上的提取精度是当前亟待解决的问题。 利用MODTRAN大气辐射传输模型模拟了晴空场景TOMS算法标准廓线各观测几何条件下的地球紫外后向散射辐射, 分析了各观测几何条件下后向散射辐射亮度与臭氧总量拟合模型, 并根据模型拟合精度情况, 得到了不同观测几何条件下后向散射辐射随臭氧总量的变化关系, 提出了改进的臭氧总量初值估算模式。 对改进模式与传统模式的臭氧总量初估结果表明, 传统模式依赖于指数模型的拟合精度, 而改进模式依赖于对数模型的拟合精度, 指数模型和对数模型均表现出高的拟合精度, 但对数模型的拟合精度比指数模型在整个臭氧浓度范围内平均高约0.9%。 改进模式使臭氧总量初估的总体精度得到改善, RMSE降低约0.087%～0.537%, 并且在较大观测几何和臭氧总量低值区（175～275 DU）间则更加显著。 在臭氧总量低值区间以及较大观测天顶角和太阳天顶角条件下, 改进模式具有更高的估算精度和更大的适用范围。 该改进的臭氧总量初值估算模式可为日后TOMS算法的更新提供支持和参考依据。

为了制作基于ZnS的对雷达波高效电磁屏蔽的金属网栅，采用了一种新型的先胶后镀的光刻复制工艺。但在制作过程中，发现影响金属网栅成品率的主要因素为ZnS材料的颜色，即由于多晶ZnS的颜色和所用光刻胶的颜色相似，很难判断网栅是否显影彻底，进而影响真空镀膜过程中金属网栅膜的形成。结合金属网栅的制作工艺，通过采用镀一层过渡膜的方式，即采用镀膜、涂胶、显影、腐蚀、镀膜、去胶、腐蚀的工艺，有效地解决了ZnS颜色带来的影响。实验表明，采用该工艺一次性成功制作出线宽为8 μm、周期为400 μm的金属网栅。该工艺使基于ZnS金属网栅的成品率在90%以上。

为了解决目前计量圆光栅的玻璃基片无法适应振动强度大、冲击力强等恶劣环境的问题，提出了采取新型材料聚碳酸酯(PC)来替代玻璃作为计量圆光栅制作基片的方法。分析了PC光学树脂的透光特性、耐热性和耐化学性能，给出了清洗PC的具体配方；结合现有光刻复制工艺，研制出先胶后铬的新型复制工艺；最后，以PC作为计量圆光栅基片，在蒸镀真空度为1.2×10-3 Pa，蒸发距离为150 mm的条件下，采用蒸发源质量控制膜厚的镀铬工艺参数，制作出了PC光学树脂基片的计量圆光栅。在45×显微镜下观察光栅线条，结果显示，线条陡直，无龟裂，表明该新型工艺可行，工艺参数正确，为进一步研制以PC光学树脂计量圆光栅为核心元件的精密测角仪器等提供了试验基础。