1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题，设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报，并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差，并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明，水下平台接收到航行参数后，能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0.6 s内预测60 s内的轨道位置，误差小于350 m，对应的理论指向误差不超过0.51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角，得到系统的指向误差为0.77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间，为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。
激光通信 跟踪 指向系统 指向精度 轨迹预报
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了提高电致定向型红外靶标在挂载飞行过程中动态指向精度, 在硬件限制的位置信息更新频率难以提高的条件下, 提出了卡尔曼滤波算法对靶标的位置信息进行预测从而提升更新速率的解决方案, 利用全球定位系统和惯性导航系统的数据, 建立了基于飞行速度、姿态和位置信息采样频率等因素的动态指向误差模型, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 对红外靶标系统在匀速直线飞行过程中将位置采样率由5 Hz提升至10 Hz时, 指向角误差减小了54.66%。此研究基于现有条件, 为减小定向辐射型红外靶标动态指向误差提供了一种有益的尝试。
传感器技术 指向精度 卡尔曼滤波算法 红外靶标 sensor technique pointing accuracy Kalman filter algorithm infrared target
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为保证星敏感器支架安装后具有高精度的指向性，提出了一种星敏感器支架定量修研的技术方法，首先通过构造虚拟水平轴建立星敏感器支架坐标系，然后利用经纬仪交互测量和逐级求解方法获得星敏感器支架和相机任意两坐标轴的夹角关系。根据该结果进行了星敏感器支架实际坐标系与相机坐标系姿态变换矩阵的求解，利用星敏感器支架与相机坐标系的技术指标要求，进行了星敏感器支架理论坐标系与航天相机坐标系的姿态变换矩阵求解。然后以相机坐标系进行中间传递，获得了星敏感器支架实际坐标系到理论坐标系的姿态变换矩阵。根据该结果精确求解了星敏感器支架的修调量。通过试验研究表明利用该方法装调完成的星敏感器支架，经过两次修研迭代，其指向精度由最初的760″提升至10″以内。证明了该方法的有效性，同时星敏感器支架的指向性标定及校正也可指导其他有空间自由角度关系的两部件的精密装调。
星敏感器支架 指向精度 交互测量 姿态变换 star sensor bracket pointing accuracy interactive measurement posture transformation 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210875
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
轻量型感知激光雷达(LiDAR)是一种具有环境目标感知能力的主动式三维光学成像技术，在深空探测与无人驾驶领域被广泛应用。回顾了轻量型感知激光雷达关键技术的重要进展，总结了以收发系统和扫描机构为核心的轻量型系统设计，梳理了高精度测距技术和指向误差校正技术的标志性成果，展示了感知激光雷达不同领域的应用，展望了感知激光雷达芯片化、智能化、高性能化的发展趋势。
成像系统 轻量型感知激光雷达 系统设计 测距精度 指向精度 无人驾驶 深空探测 中国激光
2022, 49(19): 1910002
1 中国科学院国家天文台 中国科学院月球与深空探测重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海天文台, 上海 200030
在传统射电望远镜指向误差修正模型的基础上, 考虑大气折射对指向精度的影响, 提出了一种利用实时的温度、大气压强和相对湿度等数据实现大气折射角度精确计算的指向修正模型.针对不同的气象条件, 对这一模型和传统模型的修正精度进行了仿真分析和对比, 并将该模型应用到了上海天文台天马站65米射电望远镜的指向修正中.在65米射电望远镜Ku频段的观测实验验证表明, 新的指向修正模型优于传统模型, 65米指向精度在20°仰角以下提高了25.8%, 15°仰角以下提高了45%, 10°仰角以下提高了60%, 总的俯仰指向精度达到5.00″, 比传统方法提高了5.3%.基本消除了由大气折射引起的低仰角指向精度恶化.
指向精度 大气折射模型 模拟实验 射电望远镜 实时修正 Pointing accuracy Astronomical refraction model Simulation experiment Radio telescope Real-time correction
基于激光测量原理及微纳相机特征, 提出了一种新的微纳遥感相机在轨指向标定方法.该方法采用光路复用和焦面复用技术, 实现了标定装置与相机系统的一体化光机电集成,可对每景遥感影像进行实时标定.将某新型微纳遥感相机作为仿真验证平台, 对本文提出的微纳遥感相机在轨指向标定方法进行验证.仿真结果显示, 使用该方法微纳遥感相机自身光轴指向标定精度不超过0.2″, 满足相机影像无控制点下平面定位精度30 m的指标要求.原理样机的研制及标定结果进一步证明了该项技术的原理与实践的可行性.该技术具有提升微纳遥感卫星定量化应用的价值.
微纳遥感相机 在轨指向精度 实时标定 一体化 定量化应用 光路复用 焦面复用 Micronano remote sensing camera Pointing accuracy inorbit Realtime calibration Integration Quantitative application Optical path multiplexing Focal plane multiplexing
中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130017
为实现对样品的双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF)的测量, 设计了一种少光线遮拦、大回转半径和高定位精度的测量装置。根据测量空间和角度需要, 设计了大回转半径(1.3 m)的方位圆环轨道和天顶弧形轨道。轨道外侧安装同步齿形带, 采用伺服电机驱动带轮分别实现两个方向的运动。安装在天顶弧形轨道的探测器对位于装置中心的样品在方位角±180°, 天顶角±75°范围内进行探测。为避免在大尺寸结构下的运动卡滞, 设计了基于弹簧预紧的防卡死机构, 并对机构引入的指向精度进行误差分析, 最后对测量装置的指向精度进行了测量。实验结果表明: BRDF测量装置方位轨道指向精度优于0.147°, 天顶轨道指向精度优于0.358°, 测量结果与分析结果相符, 验证了所设计的BRDF测量装置能够满足指标要求。
双向反射分布函数 指向精度 误差分析 大尺寸结构设计 bidirectional reflectance distribution function pointing accuracy error analysis large size mechanism design 红外与激光工程
2019, 48(5): 0517003
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
指向精度是观测设备的一项重要指标, 指向精度的优劣直接影响到对目标的快速捕获和跟踪。通过建立观测设备的轴系误差模型, 并用恒星标校的方法来对轴系误差进行修正, 进而使指向精度得到了提高。
恒星标校 指向精度 轴系误差 star calibration pointing accuracy spindle error
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间机器人工程中心空间机器人系统创新研究室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对大型光机结构的结构特性，为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响，设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先，对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析; 其次，通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响，由分析结果可知，在内外框架之间安装阻尼器，可以达到抑制宽频噪声的目的，一般情况下光轴指向精度（Line of Sight）可以改善50%以上，同时对结构特性改变较小; 最后，设计了测试系统，对阻尼器参数的特性进行了实验研究，可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低，在低频时可以达到18 574 N·s/m， 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上，轴向刚度约为28 659 N/m，随频率变化基本保持不变。结果表明: 试验测试结果与仿真结果相符，液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求，根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。
微振动 光轴指向精度 液体阻尼器 有限元分析 micro-vibration Line of Sight(LOS) liquid dampers finite element analysis 光学 精密工程
2018, 26(10): 2493
