發(fā)布時間：2020-09-24 21:36

　　 隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展,偵察探測衛(wèi)星、高空長航時飛行器、超音速導(dǎo)彈等快速空天平臺對光電載荷遠程探測的需求愈加強烈,技術(shù)指標(biāo)要求越來越高,現(xiàn)有光電探測技術(shù)難以適應(yīng)平臺發(fā)展的需求。本文主要研究快速空天平臺的光電遠程探測技術(shù),采用光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計的總體設(shè)計方法、基于快速反射鏡的宏微二級復(fù)合穩(wěn)定平臺控制和步進凝視掃描技術(shù)以及多波段共孔徑探測技術(shù),圍繞著提升系統(tǒng)“光艙比”的技術(shù)路徑,實現(xiàn)快速空天平臺的光電遠程探測。主要創(chuàng)新成果如下:1.研究光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計的總體設(shè)計方法,大幅提高復(fù)雜光電系統(tǒng)研制的質(zhì)量水平。通過提取單一學(xué)科不能實現(xiàn)的主要系統(tǒng)指標(biāo)或承擔(dān)光學(xué)、控制等多學(xué)科功能的核心元器件作為共要素,采用并行設(shè)計方法,使系統(tǒng)總體設(shè)計經(jīng)歷一次迭代即可得到較優(yōu)解。利用此方法提高系統(tǒng)耦合性、控制精度,并縮小光電系統(tǒng)體積和重量,解決以往因采用串行和簡單并行的總體設(shè)計方法需要多次迭代、欠缺耦合性設(shè)計導(dǎo)致的研制周期長、系統(tǒng)指標(biāo)難以兼顧的問題。2.研究基于快速放射鏡(FSM)的宏微二級復(fù)合穩(wěn)定平臺控制和步進凝視掃描技術(shù),大幅提升平臺穩(wěn)定精度和成像質(zhì)量。通過改進傳統(tǒng)兩軸兩框架或兩軸四框架機械穩(wěn)定平臺,增加快速反射鏡精穩(wěn)級,利用其高控制精度和高帶寬特性,使平臺穩(wěn)定精度提高一個數(shù)量級;通過快速反射鏡的像方反掃補償實現(xiàn)步進凝視掃描,即伺服穩(wěn)定平臺作連續(xù)穩(wěn)定的角運動,快速反射鏡在光路中按照光學(xué)放大率作反向角運動,在毫秒量級的探測器積分時間內(nèi)使光軸保持靜止完成凝視成像,增加紅外焦平面陣列探測器有效積分時間,顯著改善成像質(zhì)量。3.基于上述研究,提出以“光艙比”(光學(xué)口徑與艙體直徑之比)作為衡量復(fù)雜光電探測系統(tǒng)集成度的指標(biāo),實現(xiàn)在空天平臺體積重量約束下的最優(yōu)光電系統(tǒng)性能。通過進一步研究多波段共孔徑探測技術(shù),結(jié)合二極管泵浦固體激光器(DPL)技術(shù)、宏微二級復(fù)合控制穩(wěn)定平臺技術(shù)、快速步進凝視掃描技術(shù)和多探測器復(fù)用技術(shù),最大限度提升系統(tǒng)光學(xué)口徑和焦距,實現(xiàn)遠程探測。4.將上述理論研究成果應(yīng)用于某低空快速飛行平臺紅外探測裝置、某高空快速飛行平臺紅外探測裝置,在短研制周期、小體積重量以及惡劣使用環(huán)境等苛刻條件下,成功研制出工程樣機,達到了總體要求。在總體設(shè)計時按照光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計的方法,通過并行的子空間多方案快速概念設(shè)計及排列組合優(yōu)化,轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計的共要素約束條件,進而指導(dǎo)分配光機系統(tǒng)和伺服穩(wěn)定系統(tǒng)的設(shè)計權(quán)重,并在電子樣機上對設(shè)計方案進行綜合性能動態(tài)評估和迭代優(yōu)化,經(jīng)過一次設(shè)計迭代,確定總體技術(shù)方案。其中,在某低空快速飛行平臺紅外探測裝置的研制中,針對小窗口大掃描角的要求,采用伺服穩(wěn)定平臺為主、光機為輔的設(shè)計權(quán)重,確定了基于陀螺穩(wěn)定反射鏡物方掃描的方案,具有高精度和高動態(tài)的穩(wěn)像能力,突破小窗口、大掃描角和高角分辨率前提下快速高清晰度掃描成像的技術(shù)壁壘,實現(xiàn)了設(shè)計指標(biāo);在某高空快速飛行平臺紅外探測裝置的研制中,針對機載快速掃描光電成像系統(tǒng),采用光機為主、伺服穩(wěn)定平臺為輔的設(shè)計權(quán)重,基于快速反射鏡復(fù)合軸控制的快速步進凝視掃描技術(shù),通過設(shè)計前置望遠系統(tǒng)、后置成像系統(tǒng)的光機結(jié)構(gòu)和三軸光纖陀螺穩(wěn)定兩軸框架平臺,配合小慣量的快速反射鏡進行一維反掃進,實現(xiàn)了超過300公里遠距離的高精度和高動態(tài)穩(wěn)定紅外成像,達到了設(shè)計指標(biāo);將上述理論成果應(yīng)用于無人機光電瞄準(zhǔn)吊艙研制,首先從提升“光艙比”的核心需求出發(fā),采用光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計的總體設(shè)計方法,擬定光電瞄準(zhǔn)吊艙的總體方案,其次針對光機系統(tǒng),設(shè)計同軸共孔徑光學(xué)系統(tǒng),結(jié)合激光測照子系統(tǒng),形成系統(tǒng)多光合一的整體光機結(jié)構(gòu),然后針對伺服控制系統(tǒng),采用基于快速反射鏡的宏微二級控制穩(wěn)定平臺技術(shù)和快速步進凝視掃描技術(shù),使整個系統(tǒng)具備體積小、重量輕的特征和高精度、高動態(tài)的瞄準(zhǔn)能力,最終通過設(shè)計仿真達到了設(shè)計指標(biāo),處于國際先進水平,現(xiàn)已進入工程試制階段。本文的理論研究和工程研制為快速空天平臺光電遠程探測系統(tǒng)研制提供了理論方法和技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN29
【部分圖文】：

圖 1-4AFTLIR 系統(tǒng)中的激光二極管泵浦測照器隨著無人機的飛速發(fā)展, 激光測照器也廣泛應(yīng)用于其上。無人機機載吊大口徑的球狀吊艙為主, 對激光測照器提出了新的要求：適中的能量、、更低的功耗和更輕的重量。端面泵浦激光的方案有利于充分利用泵浦

應(yīng)用于美國全球鷹無人偵察機上的航空

安裝DB-110的RAPTOR偵查吊艙[67]

【參考文獻】

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本文編號：2826310