大口径经纬仪保护窗口镜面变形分析及结构优化研究

	大口径经纬仪保护窗口镜面变形分析及结构优化研究
	赵晓东
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	光电经纬仪是靶场中用于观测的设备,其主要作用是跟踪目标,提供高清晰、直观的目标实况图像。船载经纬仪主系统前加装保护窗口主要用于海洋环境中防盐雾侵蚀及湿热防潮、防霉,但是保护窗口镜面变形会造成系统波像差的改变,影响光学系统成像质量。鉴于此,本文对经纬仪保护窗口在海洋复杂环境下的镜面变形进行了较为深入的研究。为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形,本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦的接触有限元分析模型,对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移,得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据,使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具,并将Zernike多项式系数导入Zemax中,以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38.095nm、PV为214.583nm,使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40.626nm、PV值为235.654nm。实验结果表明,考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为6.23%,能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。脉动风对结构的影响具有不确定性,为了消除脉动风给系统成像质量造成的影响,需要对脉动风作用下经纬仪保护窗口镜面波像差进行预测。本文提出一种基于NARX神经网络模拟脉动风压和镜面波像差RMS间的非线性关系的模型,采用AR模型模拟脉动风速时程,并利用有限元分析镜面变形得到的数据拟合镜面面形获得镜面波像差RMS,对NARX神经网络进行离线训练、验证和预测。仿真结果表明,所建立的NARX神经网络模型预测均方误差MSE为3.4348×10~(-9),并能够满足经纬仪系统镜面变形在线主动补偿实时性要求。基于BP神经网络对米级口径经纬仪保护窗口壁厚和保护玻璃厚度进行尺寸优化,获得最优结构参数壁厚18.5mm、玻璃厚83.5mm。最大程度上保证米级口径经纬仪保护窗口设计的可靠性,并降低保护窗口镜面变形对系统成像质量的影响。
关键词	经纬仪保护窗口有限元分析 Zernike多项式神经网络
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57867
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	赵晓东. 大口径经纬仪保护窗口镜面变形分析及结构优化研究[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	赵晓东.(2016).大口径经纬仪保护窗口镜面变形分析及结构优化研究.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	赵晓东."大口径经纬仪保护窗口镜面变形分析及结构优化研究".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).