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2017 年 第 10 期
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地基大口径红外光电系统的联合辐射定标
摘要：考虑标准红外星定标方法无法测定地基大口径红外光电系统像元级的辐射响应度，进而导致对系统存在的非均匀性现象适应能力差的问题，提出了基于标准红外星与小口径黑体的联合辐射定标方法。该方法以标准红外星为外定标参考源，测定全光路系统的辐射响应度；以小口径黑体为内定标参考源，测定半光路系统像元级的辐射响应度；最后，结合内、外定标结果推算前端光学系统透过率，进而实现系统的全光路像元级辐射响应度定标。开展了自然星红外辐射特性测量实验，并与标准红外星定标方法进行了对比。结果显示：提出方法获得的目标最大反演误差为15.89%，而标准红外星定标方法在最理想情况下获得的最大反演误差为15.92%，表明提出方法的定标精度高于标准红外星定标方法。另外，提出方法能够测定全光路系统像元级的辐射响应度，克服了系统响应非均匀性的影响，进而提高了红外探测器的焦平面利用率，弥补了标准红外星定标方法的应用缺陷。关键词：红外光电系统;联合辐射定标;标准红外星;小口径黑体;红外辐射特性- 122
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发布时间：2020-08-13 -
1.23 m SiC主镜的本征模式主动光学校正
摘要：采用直接最小二乘法和自由谐振法对大口径高刚度SiC主镜进行主动校正易引入较多解算误差，故本文提出以主镜的本征模式进行主镜面型校正来优化解算校正力幅值，以改进系统校正效果。该方法首先对主镜的响应矩阵进行一系列数学转换，得到一组相互正交的主镜本征模式，然后以各模式面形拟合校正目标，解算校正力。对1.23 m SiC主镜和主动支撑系统进行了有限元建模，通过仿真验证了提出方法的正确性。在此基础上，在搭建的1.23 m SiC主镜主动光学实验系统上进行了主动光学校正实验，并针对实验系统进一步优化了提出的方法。实验结果显示：利用该方法可将实验系统主镜面形误差由0.23λRMS校正至0.048λRMS，表明以主镜本征模式进行主动校正，可有效抑制解算校正力幅值，提高系统校正能力。该方法适用于大口径、高刚度SiC主镜的主动校正。关键词：主动光学;SiC主镜;面形校正;本征模式;S-H传感器- 114
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发布时间：2020-08-13 -
1.23m SiC主镜的本征模式主动光学校正
摘要：采用直接最小二乘法和自由谐振法对大口径高刚度SiC主镜进行主动校正易引入较多解算误差，故本文提出以主镜的本征模式进行主镜面型校正来优化解算校正力幅值，以改进系统校正效果。该方法首先对主镜的响应矩阵进行一系列数学转换，得到一组相互正交的主镜本征模式，然后以各模式面形拟合校正目标，解算校正力。对1.23 m SiC主镜和主动支撑系统进行了有限元建模，通过仿真验证了提出方法的正确性。在此基础上，在搭建的1.23 m SiC主镜主动光学实验系统上进行了主动光学校正实验，并针对实验系统进一步优化了提出的方法。实验结果显示：利用该方法可将实验系统主镜面形误差由0.23λRMS校正至0.048λRMS，表明以主镜本征模式进行主动校正，可有效抑制解算校正力幅值，提高系统校正能力。该方法适用于大口径、高刚度SiC主镜的主动校正。关键词：主动光学;SiC主镜;面形校正;本征模式;S-H传感器- 65
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大口径主镜的侧向定位系统
摘要：针对采用Whiffletree式底支撑和推拉平衡重式侧支撑的大口径主镜在主镜室中的准确定位，基于运动学约束原理提出了一种大口径主镜侧向定位方法。介绍了运动学约束的基本原理，提出了一套主镜侧向定位系统实现方案，包括定位点位置的选取、柔性铰链和定位基座的设计，并设计了一种侧向定位系统。利用有限元方法，分析了设计的侧向定位系统对大口径主镜系统的位置、谐振频率和镜面面形精度等方面的影响。结果表明，使用该侧向定位系统的整个主镜系统谐振频率达到13.6 Hz，光轴水平时主镜沿Y轴方向的平均位移为-355.863 nm，镜面面形未受影响，所有指标均满足设计要求。实验结果验证了提出的主镜侧向定位系统设计方案对大口径望远镜主镜的支撑和定位系统设计具有工程指导意义。关键词：大口径主镜;定位;运动学约束;谐振频率;面形精度- 88
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发布时间：2020-08-13 -
大口径光学系统的镜面视宁度检测
摘要：为了保证大口径光学镜面加工检测的质量和效率，提出了提高大口径光学系统镜面视宁度检测精度的方法。利用电子自准直仪以及平面镜确定波前斜率，推导了基于斜率信息与镜面视宁度之间的关系。为了提高测量精度，突破单台自准直仪精度限制，采用三台自准直仪进行互标校。为了进一步降低误差，使用六自由度平台支撑立方反射体，使精度提高至0.01"量级。另外，结合频响函数的相关理论，估计得到了六自由度平台在检测环境下所引入的误差。最后，引入标准化点源敏感性（PSSn）对结果进行评价，并开展了数值仿真实验。针对模拟镜面视宁度，分别计算两个方向的斜率功率谱以及原始波前功率谱，然后利用之前给出的功率谱与PSSn之间的关系得到了两个方向的PSSn均为0.999。该镜面视宁度测量方法可以在模拟望远镜实际工况下，完成对于系统主镜视宁度的定量预测。关键词：光学检测;镜面视宁度;大口径光学系统;功率谱;自准直仪- 103
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基于FPGA的自适应光学波前处理算法
摘要：针对自适应光学系统对波前处理计算量和实时性要求的提高，提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的自适应光学系统波前处理算法。该算法利用核心处理模块重复利用的方式完成波前斜率计算，利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算。在像素时钟的同步下，完成整个波前处理，给出促动器所需的促动量。以一片Virtex-4 LX80 FPGA作为主核心处理芯片进行了实验验证，结果表明：该算法可降低50%的硬件资源，提高了系统波前处理能力；另外，算法可实现在当前帧结束前完成整个波前处理运算，提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制带宽。在室内的Shack-Hartmann波前传感器的的自适应光学系统上进行了激光光源的校正实验，结果显示光源能力集中度有了明显的提高。关键词：自适应光学;波前传感器;波前处理;现场可编程门阵列- 89
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发布时间：2020-08-13 -
中高轨道目标的地基光电监视
摘要：针对中高轨目标暗弱为目标识别和识别效率增加的难度，研究了基于被动光学系统的地基光电光测系统；同时提出了一种通过对原始图像进行最优化处理，从而有效提高目标信噪比，增加目标识别效率的方法。首先分析了在轨目标的光学反射特性，比较了不同模式下目标的信噪比，给出光电监视系统的最优设计方案。然后，结合目标运动特性和观测条件等因素，设计了适合中高轨道目标的地基地球同步轨道（GEO）目标的观测模式。最后，针对暗弱目标图像识别难题，提出了基于最优化原理的低信噪比目标识别图像处理的新方法。根据实测数据对本文方法进行了实验验证，并与传统差帧法进行了比较。结果显示，本文方法可在目标信噪比大于3.09点条件下识别出目标。该项研究对中高轨道目标光电监视用设备的设计和使用很有参考价值。关键词：同步轨道;中高轨道;目标识别;光电监视;信噪比;图像处理- 108
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2m SiC反射镜柔性被动支撑系统
摘要：针对2 m SiC反射镜在地基望远镜中的应用，结合SiC反射镜热膨胀系数大、重量轻的特点，设计了柔性被动支撑系统。该系统底支撑whiffletree结构中的支撑杆采用柔性细杆，侧支撑杆采用柔性铰链结构，从而使底支撑系统和侧支撑系统分别起支撑作用，不但保证了主镜良好的位置误差和形状误差还很好地消除了装配应力和热应力。对在支撑系统作用下反射镜进行了静力学分析、热力学分析和模态分析，并通过面形检测和主镜倾斜与平移检测验证了分析结果。检测显示：反射镜面形（RMS）达到λ/40（光轴竖直）和λ/16（光轴水平），主镜指向不同俯仰角时最大倾斜变化量为8"，偏心为0.070 7 mm，基本与分析结果吻合，达到了设计要求，表明这种柔性支撑系统具有很好的工程应用能力。关键词：SiC反射镜;柔性;被动支撑系统;whiffletree;A-frame- 68
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2 m SiC反射镜柔性被动支撑系统
摘要：针对2 m SiC反射镜在地基望远镜中的应用，结合SiC反射镜热膨胀系数大、重量轻的特点，设计了柔性被动支撑系统。该系统底支撑whiffletree结构中的支撑杆采用柔性细杆，侧支撑杆采用柔性铰链结构，从而使底支撑系统和侧支撑系统分别起支撑作用，不但保证了主镜良好的位置误差和形状误差还很好地消除了装配应力和热应力。对在支撑系统作用下反射镜进行了静力学分析、热力学分析和模态分析，并通过面形检测和主镜倾斜与平移检测验证了分析结果。检测显示：反射镜面形（RMS）达到λ/40（光轴竖直）和λ/16（光轴水平），主镜指向不同俯仰角时最大倾斜变化量为8"，偏心为0.070 7 mm，基本与分析结果吻合，达到了设计要求，表明这种柔性支撑系统具有很好的工程应用能力。关键词：SiC反射镜;柔性;被动支撑系统;whiffletree;A-frame- 121
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基于液压支撑的大口径主镜稳像技术
摘要：望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变，进而影响望远镜的稳定成像。为了校正主镜位置变化，本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制，实现对主镜稳像的方法。利用实验室现有的1.23 mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统，设计了基于6个位移传感器的位置监测系统。在未启用和启用液压稳像技术两种状态下，测试了主镜位置变化，并对主镜位置进行解算，试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果。当镜室转动40°时，未稳像的主镜其X向平移变化为150μm，绕X轴转角为2.5"。采用液压稳像后，X向平移变化减小为3 μm而绕X轴转角减小为0.4"。测试结果表明，基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制。关键词：大口径望远镜;主镜;稳像技术;液压支撑- 87
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4m口径SiC反射镜原位检测用静压支撑系统
摘要：研制了一套用于4 m SiC反射镜原位检测的静压支撑系统，以降低超大口径SiC反射镜离线检测的风险，提高其制造效率。首先，推导了单元刚度的解析式，确定了其中关键因素；然后，对支撑单元进行抽样测试，结合解析式预测了支撑群组中单元的工作刚度。最后，通过密封性测试和反射镜原位检测，验证了支撑系统的稳定性；通过有限元模拟，计算了系统的重力卸载面形精度。结果表明：5个单元连组时，单元刚度约为1.9 kN/mm，刚度值分布在±3%误差区间；独立单元刚度可高至15 kN/mm；3种分组单元刚度预测值分别为1.7，1.1和0.8 kN/mm。支撑系统空载时管路压强变化缓慢，表明密封性良好；用该系统支撑4 m反射镜时，11天内高度绝对变化量小于50 μm，相对变化量小于20 μm。54个单元刚度随机分布时，镜面面形高阶残差（RMS）为20 nm。提出的系统基本满足原位检测的稳定性和精度要求。关键词：超大SiC反射镜;原位光学检测;静压支撑系统;刚度差异;面形精度- 56
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发布时间：2020-08-13 -
4 m口径SiC反射镜原位检测用静压支撑系统
摘要：研制了一套用于4 m SiC反射镜原位检测的静压支撑系统，以降低超大口径SiC反射镜离线检测的风险，提高其制造效率。首先，推导了单元刚度的解析式，确定了其中关键因素；然后，对支撑单元进行抽样测试，结合解析式预测了支撑群组中单元的工作刚度。最后，通过密封性测试和反射镜原位检测，验证了支撑系统的稳定性；通过有限元模拟，计算了系统的重力卸载面形精度。结果表明：5个单元连组时，单元刚度约为1.9 kN/mm，刚度值分布在±3%误差区间；独立单元刚度可高至15 kN/mm；3种分组单元刚度预测值分别为1.7，1.1和0.8 kN/mm。支撑系统空载时管路压强变化缓慢，表明密封性良好；用该系统支撑4 m反射镜时，11天内高度绝对变化量小于50μm，相对变化量小于20 μm。54个单元刚度随机分布时，镜面面形高阶残差（RMS）为20 nm。提出的系统基本满足原位检测的稳定性和精度要求。关键词：超大SiC反射镜;原位光学检测;静压支撑系统;刚度差异;面形精度- 111
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发布时间：2020-08-13 -
1.2m望远镜次镜支撑结构设计
摘要：研制了一个用于1.2 m望远镜的次镜支撑结构，以满足其对刚度和伺服系统带宽的要求。首先，对影响主镜遮拦和支撑系统刚度的四翼梁进行研究。使用动力学建模方法，初选四翼梁结构的参数。然后在ANSYS中建立有限元模型，进行静力学和模态分析。最后，使用试验模态分析法测试设计的支撑结构。有限元分析显示，设计的结构受重力影响会引入0.004 2λ的切向彗差，第一阶模态频率约为57.2 Hz。试验模态分析显示，系统第一阶谐振频率为54.1 Hz，与理论分析和有限元分析结果一致。实验结果与仿真结果对比后显示：归一化的振型向量中叶片结构振幅较小时，实验模态较难提取，且实验结果略小于有限元分析结果，最大相对误差约为7%。设计的次镜支撑结构遮拦小、刚度好，满足使用要求。关键词：望远镜;支撑结构;次镜;锤击法;有限元分析;结构分析和测试- 100
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基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用
摘要：根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求，设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型；然后，按照反演设计方法，设计了离控制输入最远的子系统，在设计过程中加入滑模控制，从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示：所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应，对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性，当位置阶跃指令为4.6 "时，稳态误差为0.048 51"，比传统的PI控制算法减小21.4%；当输入斜率为5（"）/s的位置斜坡指令时，稳态跟踪误差为0.031 26"，比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。关键词：摩擦模型;反演滑模控制;永磁同步电机;大型望远镜- 89
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地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动设计
摘要：针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题，提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构：内环为高带宽的电流环，采用PI控制器；外环为速度环；采用线性自抗扰控制器，通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动，然后将该扰动前馈到系统控制量中去，构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题，状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法，保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明：与传统的PI控制器相比，引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能；在低速平稳跟踪实验中，速度波动误差（RMS）由0.000 68（°）/s降低到0.000 32（°）/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。关键词：地基望远镜;扰动抑制;线性自抗扰控制;交流永磁同步电机;抗饱和;低速性能- 89
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基于扰动力矩观测器的大口径望远镜低速控制
摘要：为了增强大口径望远镜跟踪架伺服控制系统的抗扰动性能，提高其低速跟踪精度，提出了基于扰动力矩观测器的力矩补偿方法。该方法采用改进的加减速法控制转台的加减速时间，使得望远镜转台微震；通过测量电机的速度和电流响应曲线，辨识获得望远镜转台的转动惯量。然后，设计了望远镜转台的加速度估计器，根据编码器位置反馈数据，采用双积分和PD控制的方法，估计出当前系统的加速度。最后，基于转动惯量辨识和加速度估计，设计了扰动力矩观测器，根据电机的电流和转台的加速度，计算出外部的扰动力矩，并将扰动前馈补偿到电流控制器的输入端，以修正电流输入参考值。在2 m望远镜控制系统中对扰动观测器的性能进行了实验验证，结果表明，加入扰动力矩观测器补偿后，在跟踪斜率为0.36（"）/s的位置斜坡时，跟踪误差值（RMS）由0.012 7"减小到0.007 3"；相比未加入扰动力矩观测器的补偿方法，望远镜的低速跟踪抖动明显减小，提高了伺服系统的低速跟踪精度，实现了对目标的平滑、稳定跟踪。关键词：大口径望远镜;低速跟踪;转动惯量辨识;加速度估计;扰动力矩观测器- 107
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发布时间：2020-08-13 -
基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制
摘要：为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能，抑制转矩脉动对控制系统的影响，提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法（RILC）。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动，提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能，保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示，电机以900 r/min的速度运行时，采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56；加入0.5 N·m的负载扰动后，转速波动最大值为22 r/min，比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60 r/min运行时，采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45；加入0.5 N·m的负载扰动的，转速波动最大值为24 r/min，比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明，鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动，同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。关键词：永磁同步电机;迭代学习控制;滑模控制;转矩脉动抑制;转速控制- 131
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发布时间：2020-08-13
地基大口径光学工程
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高功率准连续微秒脉冲钠导星激光
摘要：采用硼酸锂（LBO）晶体腔外和频Nd：YAG 1 064 nm与1319 nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程，优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率，通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配，通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500，600，800及1000 Hz条件下的和频输出特性，结果显示，该条件下分别产生了53，42.6，27及22 W的589 nm激光输出，相应的和频效率分别为21.8%，20.3%，16.9%和16.3%。黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32，脉冲宽度为100 μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频，实现频率的波动为±0.2 GHz，保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。关键词：钠导星激光;高功率激光;硼酸锂（LBO）晶体;和频;稳频- 69
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发布时间：2020-08-13 -
激光在机测量系统的实现
摘要：为了能在加工航空发动机关键零部件（如叶片）等复杂曲面零件的过程中实现快速在机测量，研制了非接触式激光在机测量系统。分别介绍了测量系统的工作原理，机械结构和电控系统。该系统主要由激光测头、无线传输电路、可充电锂电池、转接基座、刀柄和外壳等部分组成。为了实现机床的加工模式与测量模式之间的快速切换，其采用刀柄式的安装方式，从加工叶片切换到在机测量时，机床只要运行换刀程序，即可实现叶片加工到叶片测量的转换。此外文中还针对在机测量系统的电控部分研制了通过无线传输的数据采集系统。为了验证所研制的在机测量系统的实用性和有效性，在五轴叶片加工中心上进行了叶片截面测量实验，结果显示其测量精度为20 μm，测量时间为10 min。验证结果表明所研制的激光在机测量系统能够高效精确地完成叶片型面的测量任务。关键词：在机测量;激光测量;激光测头;航空发动机;叶片;数控机床- 83
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发布时间：2020-08-13 -
CMOS图像传感器光子转移曲线辐照后的退化机理
摘要：针对EMVA 1288标准测试辐照后互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的重要性能参数（光子转移曲线和转换增益）适用范围受限的问题，提出了针对辐照后CMOS图像传感器光子转移曲线和转换增益的改进的测试方法。该方法通过调整测试条件，限制辐照后CMOS图像传感器的暗电流和暗电流非均匀性噪声，求解出辐照后正确的器件性能参数，从而直观地得知辐照所引起的器件性能变化。利用该方法进行了实验测试，结果显示：辐照导致转换增益比辐照前退化了7.82%。依据此结果分析了辐照导致光子转移曲线和转换增益退化的机理，认为转换增益的退化是由于质子辐射引起的电离效应和位移效应导致暗电流、暗电流非均匀性增大所致。本文为掌握CMOS图像传感器的空间辐射效应提供了理论基础。关键词：CMOS图像传感器;辐照;光子转移曲线;转换增益- 85
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子孔径拼接干涉的快速调整及测量
摘要：考虑高精度子孔径拼接干涉测量技术对自动化拼接的要求，提出了一种子孔径零条纹自动快速调节方法。分析了干涉条纹数量对拼接误差的影响，分析显示：当子孔径干涉条纹数量少于5条时，干涉仪回程误差小于λ/50（PV值）。对子孔径拼接测量装置进行了结构优化，提出了拼接位移台角位移偏差自动补偿方法，实现了各个子孔径的零条纹测量，进而控制了子孔径拼接的累积误差。对450 mm×60 mm长条镜进行了子孔径拼接干涉测量，结果表明：自动测量结果与手动调整零条纹测量结果在面形分布上更为一致；但前者测量速度及测量效率都有所提高，测量时间平均减少5 min。提出的方法不仅能完成干涉拼接测量装置的自动定位及自动快速调整，还提高了测量重复性与检测效率。关键词：干涉测量;自动测量;子孔径拼接;拼接误差- 89
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能
摘要：针对传统金刚石砂轮磨削硅片存在的表面/亚表面损伤问题，研制了一种用于硅片化学机械磨削加工的新型常温固化结合剂软磨料砂轮。根据化学机械磨削加工原理和单晶硅的材料特性，设计的软磨料砂轮以氧化铈为磨料，二氧化硅为添加剂，氯氧镁为结合剂。研究了软磨料砂轮的制备工艺，分析了软磨料砂轮的微观组织结构和成分。通过测量加工硅片的表面粗糙度、表面微观形貌和表面/亚表面损伤，进一步研究了软磨料砂轮的磨削性能。最后，与同粒度金刚石砂轮磨削和化学机械抛光（CMP）加工的硅片进行了对比分析。结果表明，采用软磨料砂轮磨削的硅片其表面粗糙度Ra < 1 nm，亚表面损伤仅为深度 < 30 nm的非晶层，远好于金刚石砂轮磨削硅片，接近于CMP的加工水平，实现了硅片的低损伤磨削加工。关键词：单晶硅;软磨料砂轮;化学机械磨削;表面粗糙度;表面/亚表面损伤- 115
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金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的测量及评价
摘要：为实现金刚石刀具刀尖圆弧波纹度超精密测量，构建了基于原子力显微镜（AFM）和精密回转轴系的刀尖圆弧轮廓测量系统，研究了刀尖圆弧波纹度评价方法和控制测量系统引入误差的策略。提出了评价刀尖圆弧波纹度时截止波长的确定原则和方法，并介绍了刀尖圆弧波纹度测量原理及评价流程。讨论了精密回转轴系径向回转误差的测量和评定、刀具安装偏心和偏角误差的控制和原子力扫描系统Z向非线性误差的校准方法。最后，在构建的测量系统上测量了了金刚石刀具刀尖圆弧波纹度并对测量不确定度进行了分析。实验测量显示：所评价金刚石刀具的刀尖圆弧波纹度为0.106 μm，测量不确定度为23.8 nm，表明所构建的测量系统基本满足金刚石刀具刀尖圆弧波纹度纳米级测量及评价的需求，测量结果稳定可靠、精度高。关键词：金刚石刀具;刀尖圆弧波纹度;径向回转误差;偏心偏角误差;非线性误差- 161
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发布时间：2020-08-13 -
行星运动方式下不同形状磨头的去除函数
摘要：为了在光学元件的加工中获取更加接近高斯型的去除函数，本文基于传统行星运动抛光理论，提出了用自转去除函数公转轨迹积分较方便地求取各种复杂形状磨头去除函数的方法。当转速比大于10时，新方法与传统方法得到的实心圆盘去除函数曲线非常接近，从而验证了提出方法的正确性。采用新方法推导了不同形状磨头的去除函数，并通过计算机进行了仿真实验。实验显示：磨头形状为Ⅱ型花瓣，偏心率为0.4时，可以获得非常接近高斯型的去除函数。针对Ⅱ型花瓣磨头进行了抛光试验，结果表明，当偏心率为0.4、转速比为10时，试验结果与仿真结果非常吻合，且都非常接近高斯型去除函数。实验结果再次验证了新方法的正确性。关键词：行星抛光;磨头;高斯型去除函数;自转去除函数- 76
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发布时间：2020-08-13 -
RB-SiC亚表面损伤检测及其旋转超声磨削亚表面损伤特征
摘要：分别采用截面抛光法（包括以硅片作陪衬与以聚酯作陪衬两种形式）和界面黏接法检测了反应烧结碳化硅（Reaction Bonded SiC，RB-SiC）旋转超声磨削加工的亚表面损伤。为确定其中的最佳检测形式，采用表面破碎层深度、最大破碎层深度、平均裂纹深度、最大裂纹深度4个亚表面损伤评价指标对两种方法分别检测到的RB-SiC旋转超声磨削亚表面损伤进行对比分析。结果显示：截面抛光法（硅片作陪衬）检测到的4个指标值依次为3.30 μm、6.59 μm、8.64 μm、17.44 μm；截面抛光法（聚酯作陪衬）检测到的4个指标值依次为5.71 μm、14.33 μm、15.36 μm、54.82 μm；而界面黏接法检测到的4个指标值依次为9.19 μm、19.45 μm、13.04 μm、32.20 μm。试验结果表明，截面抛光法（硅片作陪衬）检测的精度更高，检测的亚表面损伤更符合实际情况。最后，基于此方法，对旋转超声磨削RB-SiC材料的亚表面损伤特征进行了总结。关键词：旋转超声磨削;反应烧结碳化硅（RB-SiC）材料;亚表面损伤;截面抛光法;界面黏接法- 129
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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用于机械系统瞬时目标的双视角高速视觉检测系统
摘要：基于高速相机研发了双视角高速视觉检测系统。该系统可从不同角度对周期机械运动进行长时间、无接触的同步实时检测，并可自动判断和存储异常动作的瞬时高帧率视频图像。基于机械系统运动特性提取理论，提出了多视角高帧率视频图像的离线处理算法，利用两个高速相机准确建立了样本图像数据库及它们的对应关系。提出了多视角同步实时检测算法，完成了对目标的实时视觉检测，并实现了瞬时保存关键图像的功能。为验证算法的有效性和系统的稳定性，搭建了双视角高速视觉检测系统，对真实的机械系统进行了实验。结果显示，提出的系统实现了500fps的双目高速相机同步检测，以及0.1 s内运动目标的自动判断，同时完成了对关键图像的瞬时保存。文中的研究为机械系统的非接触检测提供了一种高速可视化的检测方法。关键词：计算机视觉;高速视觉;图像处理;目标检测;机械系统- 111
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发布时间：2020-08-13 -
高速空间相干光平衡探测器结构优化
摘要：分析了高速空间相干光平衡探测器的电路结构和噪声性能，明确了平衡探测器的关键技术参数与电路结构之间的关系。采用电阻取样型和双跨阻放大器（TIA）合成型结构设计了两种高速空间平衡光电探测器，并对其性能参数进行了实验验证。实验显示：两种高速空间相干光电探测器均可用于高速空间相干探测，且双TIA型电压合成型平衡探测器比电阻取样型平衡探测器具有更高的探测灵敏度和更好的抗噪声性能。在通信速率为5 Gbps，误码率10-8条件下电阻取样型平衡探测器实测最优探测灵敏度为-33.51 dBm，双TIA型电压合成型平衡探测器实测最优灵敏度为-43.4 dBm。对比Discovery公司通信速率为5 Gbps的平衡探测器产品，双TIA型电压合成型探测灵敏度提高了近8 dB。结果表明高速空间相干光电探测器的结构研究为创建高灵敏的高速空间相干光通信系统提供了理论基础。关键词：平衡探测器;相干光通信;本振光功率;结构优化;噪声功率- 65
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发布时间：2020-08-13 -
叶片进排气边光学测量系统的实现
摘要：针对航空发动机叶片进排气边的制造精度和一致性较差等问题，搭建了非接触式的叶片进排气边光学测量系统，以实现叶片进排气边的几何尺寸和轮廓形状的快速精确测量。该系统以传统的三坐标测量机框架为平台，采用由两个互成一定角度的新型激光扫描测头构成的专用测头作为前端传感器，并且内置了多种数据后置处理算法。在测量过程中，在每个叶片截面的进排气边处选取5条截线，分别测量这5条截线上的轮廓信息，从而确定叶片进排气边的几何尺寸和加工余量。该系统可以作为叶片加工系统的组成部分，从而将叶片的设计、制造和测量3个环节紧密地联系在一起。最后，应用该系统对某一精锻叶片的3个等高截面上的进排气边进行了多次测量实验，结果验证了所搭建的叶片进排气边光学测量系统的实用性和有效性，而且测量结果的重复性精度能够满足系统的设计要求和叶片进排气边的检测需求。该项研究为叶片进排气边的加工质量提供了一种高效率、高精度和高一致性的评定手段。关键词：航空发动机;叶片进排气边;非接触测量;光学测头- 92
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发布时间：2020-08-13 -
激光跟踪仪的双面互瞄定向
摘要：使用传统公共点定向方法很难在狭小、受限空间下完成对大尺寸测量仪器的定向，故本文提出了一种受限空间下球坐标测量系统的双面互瞄定向方法，并以激光跟踪仪为例进行了理论分析和实验验证。该方法结合激光跟踪仪的测量原理和使用特点，通过激光跟踪仪本体测头的运动特性构建几何约束，仅要求测量仪器之间相互可视，便可依靠较小公共视场完成仪器定向。阐述了该方法的数学建模过程，研究了定向优化算法，并在上海光源环形测量控制网建立过程中进行了相关实验验证。结果表明：该方法在仪器相距5 m以内时，参考点转站误差优于0.12 mm，定向旋转角误差不超过1.5"。与频繁转站的传统方法相比，可在保证精度的同时，极大地提高现场测量效率。该方法亦可推广应用于其它单站坐标测量系统。关键词：大尺寸测量仪器;激光跟踪仪;受限空间;定向;双面互瞄- 90
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发布时间：2020-08-13 -
采用隐序列估计无线光信道时直流偏置的消除
摘要：针对在无线光通信系统中采用隐序列信道估计时存在的直流偏置问题，提出了一种利用信道状态参数消除直流偏置的新的隐序列信道估计方法，并对影响系统性能的关键因素进行了研究。采用均衡后输出信噪比最大准则推导并获得了最优功率分配因子，并用仿真实验分析了该方法的均方误差、计算复杂度等性能参数以及应用该方法后系统的误码率等。仿真结果显示：采用该方法有效地减小了直流偏置对系统性能的影响，与传统隐序列信道估计方法相比，其均方误差减小了约1/2，且均衡后系统的误码性能得到了明显改善；在最佳功率分配条件下，当误码率为4×10-3时，直流偏置分别为0.2和0.4对应系统的信噪比分别改善了约2 dB和6 dB，而计算复杂度仅增加了14.2%。关键词：无线光通信;隐序列信道估计;直流偏置;功率分配因子- 80
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发布时间：2020-08-13 -
采用直线模型的相机参数优化方法
摘要：提出了基于直线模型的相机在线标定算法。该方法通过自动跟踪视频中物件的边缘，在线求解相机系统内外参数，同时建立物件边缘同图像边缘的对应关系。然后，利用物件边缘同图像边缘的对应关系，在相机内外参数初值的基础上，通过构建融合边缘端点信息的误差函数，迭代优化求解相机内外参数。进行了仿真和实物实验，分别使用提出的基于直线的标定方法和传统的基于棋盘格内角点的方法标定了相机内外参数，并对两种方法的标定结果做了对比。结果显示：在仅使用边缘信息的条件下，本文方法可以获得同传统的标定法一致的精度，标定后重投影误差（RMS）为0.6 pixel。本文方法利用具有标准尺寸的物件即能实现相机内外参数的估计，且无需制备平面靶板便可获得与传统方法相同的标定精度，标定过程更为灵活，有实用价值。关键词：视觉测量;在线标定;直线模型;相机参数- 59
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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