隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展,偵察探測(cè)衛(wèi)星、高空長(zhǎng)航時(shí)飛行器、超音速導(dǎo)彈等快速空天平臺(tái)對(duì)光電載荷遠(yuǎn)程探測(cè)的需求愈加強(qiáng)烈,技術(shù)指標(biāo)要求越來(lái)越高,現(xiàn)有光電探測(cè)技術(shù)難以適應(yīng)平臺(tái)發(fā)展的需求。本文主要研究快速空天平臺(tái)的光電遠(yuǎn)程探測(cè)技術(shù),采用光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方法、基于快速反射鏡的宏微二級(jí)復(fù)合穩(wěn)定平臺(tái)控制和步進(jìn)凝視掃描技術(shù)以及多波段共孔徑探測(cè)技術(shù),圍繞著提升系統(tǒng)“光艙比”的技術(shù)路徑,實(shí)現(xiàn)快速空天平臺(tái)的光電遠(yuǎn)程探測(cè)。主要?jiǎng)?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(jì)的總體設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)方法,使系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jiǎn)單并行的總體設(shè)計(jì)方法需要多次迭代、欠缺耦合性設(shè)計(jì)導(dǎo)致的研制周期長(zhǎng)、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(jí)復(fù)合穩(wěn)定平臺(tái)控制和步進(jìn)凝視掃描技術(shù),大幅提升平臺(tái)穩(wěn)定精度和成像質(zhì)量。通過改進(jìn)傳統(tǒng)兩軸兩框架或兩軸四框架機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái),增加快速反射鏡精穩(wěn)級(jí),利用其高控制精度和高帶寬特性,使平臺(tái)穩(wěn)定精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí);通過快速反射鏡的像方反掃補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)步進(jìn)凝視掃描,即伺服穩(wěn)定平臺(tái)作連續(xù)穩(wěn)定的角運(yùn)動(dòng),快速反射鏡在光路中按照光學(xué)放大率作反向角運(yùn)動(dòng),在毫秒量級(jí)的探測(cè)器積分時(shí)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(cè)器有效積分時(shí)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(cè)系統(tǒng)集成度的指標(biāo),實(shí)現(xiàn)在空天平臺(tái)體積重量約束下的最優(yōu)光電系統(tǒng)性能。通過進(jìn)一步研究多波段共孔徑探測(cè)技術(shù),結(jié)合二極管泵浦固體激光器(DPL)技術(shù)、宏微二級(jí)復(fù)合控制穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)、快速步進(jìn)凝視掃描技術(shù)和多探測(cè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)。4.將上述理論研究成果應(yīng)用于某低空快速飛行平臺(tái)紅外探測(cè)裝置、某高空快速飛行平臺(tái)紅外探測(cè)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(jī),達(dá)到了總體要求。在總體設(shè)計(jì)時(shí)按照光電共要素并行多學(xué)科快速協(xié)同設(shè)計(jì)的方法,通過并行的子空間多方案快速概念設(shè)計(jì)及排列組合優(yōu)化,轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)的共要素約束條件,進(jìn)而指導(dǎo)分配光機(jī)系統(tǒng)和伺服穩(wěn)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)權(quán)重,并在電子樣機(jī)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合性能動(dòng)態(tài)評(píng)估和迭代優(yōu)化,經(jīng)過一次設(shè)計(jì)迭代,確定總體技術(shù)方案。其中,在某低空快速飛行平臺(tái)紅外探測(cè)裝置的研制中,針對(duì)小窗口大掃描角的要求,采用伺服穩(wěn)定平臺(tái)為主、光機(jī)為輔的設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo);在某高空快速飛行平臺(tái)紅外探測(cè)裝置的研制中,針對(duì)機(jī)載快速掃描光電成像系統(tǒng),采用光機(jī)為主、伺服穩(wěn)定平臺(tái)為輔的設(shè)計(jì)權(quán)重,基于快速反射鏡復(fù)合軸控制的快速步進(jìn)凝視掃描技術(shù),通過設(shè)計(jì)前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)、后置成像系統(tǒng)的光機(jī)結(jié)構(gòu)和三軸光纖陀螺穩(wěn)定兩軸框架平臺(tái),配合小慣量的快速反射鏡進(jìn)行一維反掃進(jìn),實(shí)現(xiàn)了超過300公里遠(yuǎn)距離的高精度和高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定紅外成像,達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo);將上述理論成果應(yīng)用于無(wú)人機(jī)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(jì)的總體設(shè)計(jì)方法,擬定光電瞄準(zhǔn)吊艙的總體方案,其次針對(duì)光機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)同軸共孔徑光學(xué)系統(tǒng),結(jié)合激光測(cè)照子系統(tǒng),形成系統(tǒng)多光合一的整體光機(jī)結(jié)構(gòu),然后針對(duì)伺服控制系統(tǒng),采用基于快速反射鏡的宏微二級(jí)控制穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)和快速步進(jìn)凝視掃描技術(shù),使整個(gè)系統(tǒng)具備體積小、重量輕的特征和高精度、高動(dòng)態(tài)的瞄準(zhǔn)能力,最終通過設(shè)計(jì)仿真達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),處于國(guó)際先進(jìn)水平,現(xiàn)已進(jìn)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(tái)光電遠(yuǎn)程探測(cè)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(jí)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(cè)照器隨著無(wú)人機(jī)的飛速發(fā)展, 激光測(cè)照器也廣泛應(yīng)用于其上。無(wú)人機(jī)機(jī)載吊大口徑的球狀吊艙為主, 對(duì)激光測(cè)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(guó)全球鷹無(wú)人偵察機(jī)上的航空

安裝DB-110的RAPTOR偵查吊艙[67]

【參考文獻(xiàn)】

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