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新型机载光电平台万向架及其关键技术

应用光学 2022年第4期43卷 577-582页

作者：程刚杜言鲁齐媛王明超宁飞李冰崖西安应用光学研究所陕西西安710065

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面... 详细信息

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面分析了机载光电系统对万向架平台提出的更大任务传感器布局空间、更强的运动补偿功能以及更高的环架稳定性能等要求;研究了国外新型的无约束驱动-主动随动和并联式-主动随动机载光电万向架平台创新技术,结果表明,国外新型机载光电平台万向架在任务负载/万向架质量比大于1的基础上,实现了3轴优于5μrad的稳定性能;最后提出了新型机载光电万向架平台关键支撑技术。

关键词：机载光电平台万向架无约束驱动-主动随动并联式-主动随动

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航空相机像旋动态调制传递函数分析与研究

光学学报 2017年第2期37卷 107-118页

作者：刘超丁亚林田大鹏杜言鲁孙崇尚中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空成像与测量创新实验室吉林长春130033

航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转,会导致图像模糊,成像质量下降,必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前,通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度,都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空... 详细信息

航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转,会导致图像模糊,成像质量下降,必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前,通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度,都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空相机成像质量与像旋补偿系统其他指标之间的直接关系,提出基于极坐标系的动态调制传递函数(MTF),并提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的方法测量航空相机旋转像移动态MTF。设计扇形靶标旋转动态成像实验,利用旋转动态MTF和倾斜刃边法得到图像动态MTF计算值,并基于图像模糊路径测量转台转动时图像动态MTF测量值。实验结果表明,转台以20~300(°)/s匀速转动时,空间频率在旋转动态MTF到达第一个零点频率前,动态MTF计算值和测量值曲线近似重合,验证了旋转动态MTF的正确性;空间频率在小于0.7零点频率范围内,两动态MTF曲线相对误差最大值和均值分别小于6%,2%,进而证明了测量方法的准确性。

关键词：成像系统航空相机调制传递函数像面旋转旋转像移

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

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仪器仪表学报 2017年第1期38卷 120-128页

作者：刘超丁亚林田大鹏杜言鲁孙崇尚中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室长春130033 中国科学院大学北京100049 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量创新实验室长春130033

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系... 详细信息

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10^(-3))°、(5.224 74×10^(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。

关键词：自动控制技术航空相机像旋双向控制鲁棒内环补偿器

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一种长焦距航空相机振动隔离技术研究

一种长焦距航空相机振动隔离技术研究

作者：杜言鲁中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

学位级别：博士

20世纪以来,航空成像与测量技术得到了快速发展,已广泛应用于资源普查、地形测绘、军事侦察等诸多领域。为获取地面景物的高分辨率图像和地理位置信息,航空相机光学系统的焦距越来越长,此时振动已成为影响航空相机成像质量与测量精度的... 详细信息

20世纪以来,航空成像与测量技术得到了快速发展,已广泛应用于资源普查、地形测绘、军事侦察等诸多领域。为获取地面景物的高分辨率图像和地理位置信息,航空相机光学系统的焦距越来越长,此时振动已成为影响航空相机成像质量与测量精度的重要因素。本文结合某型长焦距斜视航空相机,分析了振动对相机成像质量与测量性能的影响,为提升相机动态成像性能,对振动隔离技术进行研究,主要包括以下几个方面的内容:根据长焦距斜视航空相机的工作原理,建立了摆扫成像过程中物点与像点间的映射关系,推导出斜视成像下振动像移模型,对线振动、角振动引起的振动像移进行分析,指出角振动(尤其是横滚轴方向的角振动)是影响相机成像质量的主要因素。为客观地评价振动对相机成像质量的影响,建立了振动像移与系统光学传递函数间的量化关系。着重分析了正弦振动、随机振动下的动态调制传递函数,对振动引起的图像模糊程度进行评价;针对正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态调制传递函数计算方法;针对随机振动,提出基于谱密度函数复现时域随机信号的动态调制传递函数数值计算方法。采用曝光时间内像移函数的一阶统计矩,对图像几何变形进行评价;分析了同等振动幅值下图像几何变形随振动频率的变化情况,指出高频振动主要导致图像模糊,低频振动引起图像几何变形。为直观地反映摆扫方向和垂直于摆扫方向上的振动像移引起的图像退化情况,根据TDICCD工作原理,建立图像退化仿真模型;指出摆扫方向上的振动引起图像拉伸或压缩,垂直于摆扫方向上的振动导致图像拖影、扭曲。依据机载惯导系统测量出的载机位置、姿态信息以及相机俯角、位角信息,根据齐次坐标变换理论和地球椭球计算理论,提出一种直接对地目标定位算法;着重分析了相机与载机间减振器角振动误差对目标定位精度的影响,指出横滚轴方向角振动误差对目标定位精度影响严重,给出了提高目标定位精度的措施。结合振动环境下长焦距航空相机成像性能分析需求,为量化分析载机随机振动、振动隔离系统、振动传递效率以及残余振动对相机成像质量的综合影响,建立了一种基于功率谱的振动隔离与成像性能分析模型,并采用MATLAB软件编写了仿真分析界面,对长焦距航空相机振动隔离与成像性能进行了仿真分析。为提升振动隔离性能,对相机减振系统进行了分析、设计与试验。通过建立相机减振系统的振动分析模型,得出无振动耦合时减振系统刚度、阻尼以及安装间距间应满足的量化关系,为减振系统设计提供理论指导。为实现减振系统具有较低的固有频率(6Hz),选用金属螺旋弹簧作为弹性支撑元件;选用可调式旋转液体阻尼器,提供附加阻尼并实现减振系统阻尼可调,对减振系统中旋转液体阻尼器的布置以及阻尼值选取给出了设计方法。采用多体系动力学分析软件分析了减振系统的频率特性和振动耦合特性。通过正弦扫频试验,对减振系统的固有频率和传递率曲线进行测试,与仿真分析结果一致。通过随机振动试验,测试随机振动下减振系统的动态响应,测得减振系统隔振效率达到92.2%;采用自准直仪对角振动信号进行测量,分析了在不同阻尼系数下减振系统的振动耦合程度,通过调节各旋转液体阻尼器的阻尼值,可在一定程度上减小耦合出的角振动幅值。最后通过成像试验,验证了该减振系统可满足长焦距航空相机隔振性能要求。本论文中建立的基于功率谱的振动隔离与成像性能分析模型,可用于预估振动环境下相机的成像质量,对振动隔离系统设计具有一定的指导意义。通过对相机减振系统进行分析、设计与试验,提升振动隔离性能,使得在复杂振动环境下航空相机高分辨率成像。更多还原

关键词：航空相机振动光学传递函数图像退化仿真减振系统

基于时/频域分析的光电吊舱稳定精度测试方法研究

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应用光学 2022年第4期43卷 693-700页

作者：徐飞飞杜言鲁郑蕾姜世洲巩全成王明超西安应用光学研究所陕西西安710065

稳定精度作为光电吊舱的关键性能指标之一,开展瞄准线稳定精度测试方法研究对于光电吊舱测试与验收具有重要意义。结合粗精组合稳定光电系统,提出一种基于时/频域分析的稳定精度测试方法。通过采集随机振动环境下惯性速率传感器和光学... 详细信息

稳定精度作为光电吊舱的关键性能指标之一,开展瞄准线稳定精度测试方法研究对于光电吊舱测试与验收具有重要意义。结合粗精组合稳定光电系统,提出一种基于时/频域分析的稳定精度测试方法。通过采集随机振动环境下惯性速率传感器和光学补偿元件的角位置信号,基于信号时域分析,得到图像漂移角速率、抖动及概率分布情况;基于信号频域分析,得到瞄准线角位置信号的功率谱密度。提出频段稳定精度贡献度,用于评估不同频段对稳定精度的影响程度;采用二级稳定效能提升度,评价二级稳定在不同频段对系统稳定性能的提升程度。该方法可以直观展示图像抖动及概率分布情况,同时给出影响瞄准线稳定精度的频率要素,对于指导机电系统设计具有重要的工程应用价值。

关键词：光电吊舱稳定精度时域分析频域分析

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柔性铰链结构特性对快速反射镜性能影响分析

应用光学 2022年第4期43卷 626-634页

作者：姜世洲杜言鲁王惠林王明超巩全成徐飞飞西安应用光学研究所陕西西安710065

柔性铰链作为快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的关键部件之一,分析其结构特性对FSM性能的影响,用于指导FSM结构设计。通过将柔性铰链简化为弹性环节,等效为3轴的平动刚度和3轴的转动刚度,基于欧拉动力学,建立了两轴FSM的运动微分... 详细信息

柔性铰链作为快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的关键部件之一,分析其结构特性对FSM性能的影响,用于指导FSM结构设计。通过将柔性铰链简化为弹性环节,等效为3轴的平动刚度和3轴的转动刚度,基于欧拉动力学,建立了两轴FSM的运动微分方程,搭建了FSM控制系统的Simulink仿真模型;在给定振动环境下,仿真分析了结构谐振频率对FSM性能的影响,指出平动固有频率越大,FSM锁零精度越高,平动固有频率选择在伺服系统增益交界频率2倍以上;考虑到锁零精度要求和电机力矩限制,转动固有频率选择在25 Hz~50 Hz。最后结合实物进行了振动试验,仿真结果与振动试验结果一致,验证了仿真模型的正确性。

关键词：快速反射镜结构特性理论模型仿真分析

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两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

红外与激光工程 2017年第9期46卷 252-258页

作者：杜言鲁丁亚林许永森李军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为±20mrad的两轴快速反射镜在入射角为45°时视轴指向误差小于8μrad,相... 详细信息

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为±20mrad的两轴快速反射镜在入射角为45°时视轴指向误差小于8μrad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率ω_(Ly)残差远大于ω_(Lz),且入射角β_i为45°时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。

关键词：两轴快速反射镜运动耦合视轴指向速率补偿非线性校正

肌内效贴治疗踝关节距腓前韧带损伤的临床对照研究

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肌内效贴治疗踝关节距腓前韧带损伤的临床对照研究

作者：杜言鲁聊城大学

学位级别：硕士

研究目的:以“体医融合”为主要思路,探究肌内效贴治疗踝关节距腓前韧带损伤的疗效,明确肌内效贴在治疗踝关节距腓前韧带损伤中所发挥的作用,为肌内效贴在医学治疗中的应用提供有价值的临床数据。检验其是否可作为一种更有效的非手术治... 详细信息

研究目的:以“体医融合”为主要思路,探究肌内效贴治疗踝关节距腓前韧带损伤的疗效,明确肌内效贴在治疗踝关节距腓前韧带损伤中所发挥的作用,为肌内效贴在医学治疗中的应用提供有价值的临床数据。检验其是否可作为一种更有效的非手术治疗方法,以达到迅速缓解踝关节距腓前韧带损伤带来的肿胀疼痛,提高稳定性等目的。研究方法:此次研究主要采用实验法,选取2020年6月～2021年2月聊城市中医医院关节科和鲁西骨科医院骨科的踝关节距腓前韧带损伤患者共20例,完全随机分成治疗组(10人)和对照组(10人),共治疗两周时间。记录治疗前、治疗一周后、治疗两周后的踝关节肿胀程度、Holden步行能力分级、主观疼痛程度、踝关节外侧副韧带功能评分、kofoed踝关节功能评分,分析量表数据,评价疗效并得出结论。研究结果:(1)治疗组和对照组在治疗前进行一般情况、踝关节肿胀程度、Holden步行能力分级、主观疼痛程度、踝关节外侧副韧带功能评分、kofoed踝关节功能评分的比较,均无显著性意义(P>0.05),因此研究对象可进行治疗后的比较。(2)治疗组和对照组在消除肿胀方面进行比较,在治疗一周、治疗两周后,均存在显著性意义(P<0.05),证明肌内效贴对踝关节距腓前韧带损伤的消肿效果有着明显疗效。(3)治疗组和对照组在步行能力方面进行比较,在治疗一周、治疗两周后,均有显著性意义(P<0.05),证明肌内效贴对踝关节距腓前韧带损伤后步行能力的恢复有明显效果。(4)治疗组和对照组在主观疼痛程度方面进行比较,在治疗一周、治疗两周后,均有显著性意义(P<0.05),证明肌内效贴在踝关节距腓前韧带损伤后有明显的止痛效果。(5)治疗组和对照组在踝关节外侧副韧带功能恢复方面进行比较,在治疗一周、治疗两周后,均有显著性意义(P<0.05),证明肌内效贴治疗踝关节距腓前韧带功能恢复效果显著。(6)治疗组和对照组在踝关节功能恢复方面进行比较,在治疗一周、治疗两周后,均有显著性意义(P<0.05),证明肌内效贴对踝关节功能恢复情况有明显效果。研究结论:踝关节距腓前韧带损伤后使用肌内效贴进行治疗,在消除肿胀、缓解疼痛、提高踝关节稳定性及步行能力等方面有显著疗效。因此可作为踝关节距腓前韧带损伤这类运动损伤疾病的首选治疗方式之一。

关键词：踝关节距腓前韧带损伤肌内效贴疗效

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正弦振动下动态调制传递函数分析与研究

光学学报 2015年第7期35卷 119-126页

作者：杜言鲁丁亚林许永森聂品中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中科院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

振动导致航空相机成像分辨率下降,常采用动态调制传递函数(MTF)评价振动对成像质量的影响。根据线性光学系统的传递函数理论,针对任意频率的正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态MTF计算方法,并以奈奎斯特频率处动态MTF不小于0.... 详细信息

振动导致航空相机成像分辨率下降,常采用动态调制传递函数(MTF)评价振动对成像质量的影响。根据线性光学系统的传递函数理论,针对任意频率的正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态MTF计算方法,并以奈奎斯特频率处动态MTF不小于0.9为条件,得出低频振动的振幅容限随频率增加而减小,高频振动的振幅容限为0.2 pixel。通过对刀口靶标进行正弦振动下动态成像实验,得出理论计算结果与实验结果间相对误差小于4.25%,相比以往相关文献的分析结果,计算精度最大可提高18.5倍,因此该方法可用于预估和评价振动环境下航空相机的成像质量,对视轴稳定系统的设计具有指导意义。

关键词：成像系统调制传递函数正弦振动像质评价