本文關鍵詞：一種長焦距航空相機振動隔離技術研究　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 航空相機 振動 光學傳遞函數(shù) 圖像退化仿真 減振系統(tǒng)

【摘要】：20世紀以來,航空成像與測量技術得到了快速發(fā)展,已廣泛應用于資源普查、地形測繪、軍事偵察等諸多領域。為獲取地面景物的高分辨率圖像和地理位置信息,航空相機光學系統(tǒng)的焦距越來越長,此時振動已成為影響航空相機成像質量與測量精度的重要因素。本文結合某型長焦距斜視航空相機,分析了振動對相機成像質量與測量性能的影響,為提升相機動態(tài)成像性能,對振動隔離技術進行研究,主要包括以下幾個方面的內容:根據(jù)長焦距斜視航空相機的工作原理,建立了擺掃成像過程中物點與像點間的映射關系,推導出斜視成像下振動像移模型,對線振動、角振動引起的振動像移進行分析,指出角振動(尤其是橫滾軸方向的角振動)是影響相機成像質量的主要因素。為客觀地評價振動對相機成像質量的影響,建立了振動像移與系統(tǒng)光學傳遞函數(shù)間的量化關系。著重分析了正弦振動、隨機振動下的動態(tài)調制傳遞函數(shù),對振動引起的圖像模糊程度進行評價;針對正弦振動,提出一種基于第一類貝塞爾函數(shù)的動態(tài)調制傳遞函數(shù)計算方法;針對隨機振動,提出基于譜密度函數(shù)復現(xiàn)時域隨機信號的動態(tài)調制傳遞函數(shù)數(shù)值計算方法。采用曝光時間內像移函數(shù)的一階統(tǒng)計矩,對圖像幾何變形進行評價;分析了同等振動幅值下圖像幾何變形隨振動頻率的變化情況,指出高頻振動主要導致圖像模糊,低頻振動引起圖像幾何變形。為直觀地反映擺掃方向和垂直于擺掃方向上的振動像移引起的圖像退化情況,根據(jù)TDICCD工作原理,建立圖像退化仿真模型;指出擺掃方向上的振動引起圖像拉伸或壓縮,垂直于擺掃方向上的振動導致圖像拖影、扭曲。依據(jù)機載慣導系統(tǒng)測量出的載機位置、姿態(tài)信息以及相機俯角、位角信息,根據(jù)齊次坐標變換理論和地球橢球計算理論,提出一種直接對地目標定位算法;著重分析了相機與載機間減振器角振動誤差對目標定位精度的影響,指出橫滾軸方向角振動誤差對目標定位精度影響嚴重,給出了提高目標定位精度的措施。結合振動環(huán)境下長焦距航空相機成像性能分析需求,為量化分析載機隨機振動、振動隔離系統(tǒng)、振動傳遞效率以及殘余振動對相機成像質量的綜合影響,建立了一種基于功率譜的振動隔離與成像性能分析模型,并采用MATLAB軟件編寫了仿真分析界面,對長焦距航空相機振動隔離與成像性能進行了仿真分析。為提升振動隔離性能,對相機減振系統(tǒng)進行了分析、設計與試驗。通過建立相機減振系統(tǒng)的振動分析模型,得出無振動耦合時減振系統(tǒng)剛度、阻尼以及安裝間距間應滿足的量化關系,為減振系統(tǒng)設計提供理論指導。為實現(xiàn)減振系統(tǒng)具有較低的固有頻率(6Hz),選用金屬螺旋彈簧作為彈性支撐元件;選用可調式旋轉液體阻尼器,提供附加阻尼并實現(xiàn)減振系統(tǒng)阻尼可調,對減振系統(tǒng)中旋轉液體阻尼器的布置以及阻尼值選取給出了設計方法。采用多體系動力學分析軟件分析了減振系統(tǒng)的頻率特性和振動耦合特性。通過正弦掃頻試驗,對減振系統(tǒng)的固有頻率和傳遞率曲線進行測試,與仿真分析結果一致。通過隨機振動試驗,測試隨機振動下減振系統(tǒng)的動態(tài)響應,測得減振系統(tǒng)隔振效率達到92.2%;采用自準直儀對角振動信號進行測量,分析了在不同阻尼系數(shù)下減振系統(tǒng)的振動耦合程度,通過調節(jié)各旋轉液體阻尼器的阻尼值,可在一定程度上減小耦合出的角振動幅值。最后通過成像試驗,驗證了該減振系統(tǒng)可滿足長焦距航空相機隔振性能要求。本論文中建立的基于功率譜的振動隔離與成像性能分析模型,可用于預估振動環(huán)境下相機的成像質量,對振動隔離系統(tǒng)設計具有一定的指導意義。通過對相機減振系統(tǒng)進行分析、設計與試驗,提升振動隔離性能,使得在復雜振動環(huán)境下航空相機高分辨率成像。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V245.6

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本文編號：1322424