基于极坐标的星模拟器星点能量中心修正的研究-毕业论文设计外文文献翻译

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t,andtheimagepointbringsbrighttailandformsacometdispersionspot.2)慧差。由位于主轴外的星点,向光学系统发出的单色圆锥形光束,经光学系统折射后,在理想平面处不能结成清晰点,而是结成拖着明亮尾巴的彗星形弥散斑.(3)Astigmatismandfieldcurvature.Asthe1uminescenceobjectpointisofftheaxisofopticalsystem,theemittedbeamhasinclinedanglewithopticalaxis.Thelightbeamisrefractedbylensandtheconvergenceofmeridianbeamletandsagittalbeamletisnotonthesamepoint.Thatisthebeamconvergentindifferentpointandtheimageisunclear,finallyformsellipticaldispersionspot}l}.3)像散和场曲。当发光星点不在光学系统的光轴上时,它所发出的光束与光轴有一倾斜角.该光束经透镜折射后,其子午细光束与弧矢细光束的汇聚点不在一个点上.即光束不能聚焦于一点,成像不清晰,形成椭圆形弥散斑(4)Distortion.Whiletheastigmatismandfieldcurvaturearecorrectedtobezero,thechiefrayisnotduplicationwithidealimagepoint,andthisonlycausesthepositionerrorofstarpointandtherewillbenodispersespot4)畸变。当像散场曲校正为零时,主光线不与理想像点重合,只引起像星点的位置误差,并不产生弥散斑.(5)Axialchromaticaberration.Similarwithsphericalaberration,whilevariouslightpassingthroughthelens,thebeamcannotconvergetobeimagepointonimageplaneandformcolorfulcirculardispersionspot.5)位置色差影响:类似于球差的影响,星点发出的各色光通过透镜时,由于位置色差的存在不能在象平面上会聚成一个象点,形成彩色圆形弥散斑.Inconclusion,theaberrationsofopticalsystemalmostallhaveinfluencesonstarpointenergycenter.InordertoinducethedeviationofenergycenterCausedbyaberration,anopticalsystemwith22fieldofviewand56.0006mmfocallengthisdesigned.光学系统的所有像差几乎都对星点的能量中心显示产生影响.为了尽量减小像差产生的能量中心偏移,设计视场22°,焦距56.0006mm的光学系统.CorrectionProcessingofEnergyCenter2.能量中心修正过程Inthestarsimulatoropticalsystem,thepositionandorientationoftheactualincidentrayisuncertain.Inordertosimulatetheactualpathoflightpropagation,non-sequentialraytracingmethodisused.MonteCarolalgorithmisusedtogeneratethestochasticraysemittedfromthestarpoint,andtheseraysareusedtosimulatethelightpathforraytracing.Finally,thesimulationproducestheimagepointdistributionfunction,andthecomputercalculationisusedtoanalyzethedataofthisfunction,andtodeterminetheoffsetrelationshipbetweentheactualenergycenterpositionandthetheoreticalenergycenterposition.在星模光学系统中,实际光线的位置和方向是不确定的,为了模拟实际光线传播的路径,采用非序列光线追迹方法.利用MonteCarlo算法模拟星点产生的随机光线来模拟光线路径,进行光线追迹.通过模拟出的像点分布函数,利用计算机进行数据分析,确定能量中心位置与理论设计时能量中心位置的偏移关系.MonteCarloraytracingmethodselectsrandombasedontheprobabilityfunctionandthesamplingalgorithm,andthenormalizedprobabilityfunctionisMonteCarlo光线追迹方法中随机光线的选择基于概率函数及算法中的抽样,归一化的概率函数为wherexvalue,representstherandomvariable,andforany.Thecorrespondingpoint式中x代表随机变量,对任意的x,有P(x)≥0.其相应的积分为AccordingtoagivenprobabilityfunctionP(x),thealgorithmtoobtainaseriesofrandomnumberconsistsoftwosteps:(1)Toselectauniformlydistributedrandomnumberpduringtheintervalof【0,1】(2)UsinginthecumulativedistributionfunctioncurvestocalculatethecorrespondingvalueRepeatingthesetwostepsandyoucangetaccordingto}.AccordingtoZEMAXcorrelationfunction,thedifferencesbetweenactualenergycenterandthetheoreticalenergycenterineachfieldcanbefiguredout,whichisshowninTable1.根据一个给定的概率函数P(x)来获得一系列的随机数xp,运算法则步骤为1)选择一个在区间[0,1]上均匀分布的随机数p;2)在累积分布函数曲线中利用p=D(xp)来计算相应的值xp,重复这两步就可以得到根据P(x)分布的数xp[3]

.根据Zemax相关函数求解出不同视场实际能量中心与理论能量中心差异,结果见表1.Throughthepositiondeviationsbetweenthetheoreticalandactualenergycentercalculatedfromthepointdistributionfunction,thecurveandsurfacescanbefittedalongthepolardirection通过理论与实际能量中心之间的点分布函数计算的位置偏差，曲线和表面可沿着极坐方向来拟合。Withtheleastsquaremethod,thecorrespondentefunctionbetweentheactualenergycenterandthetheoreticalenergycenterisfitted,andtheoreticalenergycentercorrectionismade.Sotheamendedactualenergycenterisdisplayedonthescreen,whichisconsistentwiththetheoreticalenergycenter.通过最小二乘法拟合出实际能量中心与理论能量中心的对应关系,对理论能量中心进行修正,使屏幕显示的实际能量中心,经修正后与理论能量中心一致.AccordingtothepointdistributionfunctionanalyzedfromZEMAX,theenergycenter'soffsetofanyfieldofviewcanbeobtained.Theseoffsetscanbefittedwithacorrectioncurve。,whichshowstheactualtheoreticalenergycenteraftercorrection.Usingtheprinciplethatmakethesumofsquaresminimumas根据Zemax分析出的点分布函数可知任意视场点能量中心的偏移量,根据这些偏移量可拟合出修正后的实际理论能量中心曲线ω=φ(α),用偏差的平方和最小的原则即最小二乘法,拟合出修正曲线,即alsocalledleastsquaresmethod,thefittingcurvecanbefiguredoutas:也成为最小啊二乘法，拟合曲线可以表达为：Aftercorrection,accordingtothedirectionofcorrectedpointazimuthangleB,thepointcoordinatesisrestoredfromthepolarcoordinatesintotheformoftwo-dimensionalcoordinatesystemlike，thestarpointatthecorrespondingcoordinatepositionislitonthescreen.Theconversionformulais:修正后,再根据被修正点的方位角θ,恢复出二维坐标系xoy下的(x,y)坐标形式在屏幕上对应的像素坐标位置点亮星点.转换公式为：Hereistheazimuthangleofthestarpointneededtobelitbeforethecorrection.式中θ为修正前需要被点亮星点的方位角.ErrorAnalysis3.误差分析Accordingtothesystemrequirementsforprecision,thesinglestarpositionerror}22"showsthatforthefieldofvieww,itspermissibleerrorbwmustsatisfythattheerrorislessthanasinglestarpositionerror,.Accordingtothefittingequation,theinferredmaximumtruncationerroris0.25413",whichismuchsmallerthantherequirementsthatthesinglestarpositionerrorshouldbe≦22"根据系统要求精度,单星位置误差≤±22″可知,视场ω允许误差δ

ω

必须满足截断误差项小于单星位置误差,即δω≤22″.根据拟合方程可推断出最大截断误差为0.41832″,远小于22″,满足单星位置精度的要求.Forstaticstarsimulator,biasbasedonthestarpointenergycenterdisplayedonthestarcheckboardisthecorrectionerror,whichcanmeettheaccuracyrequirements.对于静态星模拟器,在星检板上直接刻画的星点对于读取能量中心产生的偏差即为修正误差[4].本系统静态修正误差即为系统最大截断误差0.41832″,满足精度要求.However;duetothedynamicstarsimulatordisplaydevicerestrictions,thestarpointmovementonLCOSperunitis0.008mm.Themaximumerroroftheimpactofdisplaydeviceis但对于动态星模拟器由于显示器条件限制,星点在LCOS上的单位移动量为0.008mm,即器件影响产生的最大误差为Sub-pixeldisplaytechnologyisutilizedindynamicstarsimulator,andinterpolationalgorithmisusedtorefineapixelintosmallerpixelunit,suchas1/2pixel,1/5pixel,1/10pixel.Sub-pixelisamethodtomakeapixeldividedintosmallerunits.Takingthe8bitsystemasanexample,thegraylevelofthepixelvalueis255,theninsuchsystemsapixelcouldbedividedintosmallunitsof255}usingtheinterpolationalgorithmcooperatedwithsurroundingpoint'sgrayvalue,tomakethestarpointpositiondisplayprecisionreachdecimalrange.对动态星模拟器采用亚像素显示技术,通过插值算法将一个像素细化成更小的像素单位,如1/2个像素,1/5个像素,1/10个像素.亚像素就是将一个像素分为更小的单位,以8bit的系统为例,该像素的灰度值级别为256,那么对这类系统进行亚像素计算就要把这一个像素分为255个小单位[5],并通过插值算法通过与周围像素灰度值进行配合,使得星点显示像素位置移动精度达到小数范围.Masscenteristhestartheoreticalpositiononthemap.Tomakesureofthestarposition,methodofbacksteppingeachpixel'sgrayvalueinthedisplayareafromthemasscentercanbeusedinordertoincreasethedisplayaccuracyuptotenths.质心是地图上的星理论上的位置。为了确定星的位置，来自质心展示区中的反向递推每个像素的灰值的方法被用以增加十分位的显示误差。Toensuretheaccuracyofthesimulator,theGaussiandistributionfunctionischosentosimulatethelightspotgreyvaluedistribution:为了确保模拟器的准确性，高斯分布函数被选用来模拟光斑灰值分布：where；arethetheoreticalcentercoordinates;arethepixelcoordinatesonthedisplaydevice;A,BaretheGaussiandistributionparameters.Bothsidesoftheequationcanbetransformedbylogarithmiccomputation:在该方程式中，X0,Y0是理论中心坐标，XP,YP是显示设备上像素的坐标，A,B是高斯分布参数。通过对数计算，方程的两边可以转化为：WhenfurtherlinearfunctionrelationisshownasUsingtheleastsquaresfitting,thefittingcoeffidentcanbecalculatedout通过最小平方拟合，拟合系数可以计算出来Herearedatepoints.Thespecificvaluecanbecalculatedaccordingtothepixelsvalueinsidethestarlightpoint.Finally,therealpixelsvaluecanbeobtainedbyback-steppingthefittingequations.Takinga6x6pixelsarrayforexampleasshowninFigure2,astarpointcentroidaccuracyof0.1isshowninFigure3,whereshowsthecorrespondingpixelvalueofLCOSdisplaydevice.是时间点。比值可以通过星点中的像素值来计算出。最后，通过反推拟合方程式可以获得真实的像素值。如图2展示的以6x6像素值为例，图3中星点图心的准确值，Py是LCOS显示设备上相应的像素值。Throughexperimentalanalysis,aftersubpixeldisplay,theprecisioncanbeimprovedtoahigherlevel,andtheenergydistributioneffectisimprovedsubstantiallyandismoreclosedtorealstarimage,asshowninFigure4.通过实验分析，亚像素显示后，之前的值可以提高到一个新的程度，能量分布效果也大大提高并且如图4显示的，越来越接近真实星图Theusageofsub-pixelstarpointdisplaymethodincreasetheenergycenterpositiondisplayprecision0.1pixel,andtheinfluenceerroris利用亚像素星点显示方法将能量中心位置显示精度提高到0.1个像元后,影响误差为Aftererroraccumulation,theerrorstillcansatisfythesystemrequiredprecision.误差累积后依然满足系统精度要求.4InconclusionTheexperimentalresultshowsthatthemethodbyanalyzingthepointdistributionfunctionoftheopticalsystemtoensuretheoffsetbetweenactualenergycenterpositionandtheoreticalenergycenterposition,andcorrectinginpolarcoordinates,simplifythecumbersomeandcomputationbasedonthetwo-dimensionalcoordinateaxespartitioncorrection.ThetestresultsareshowninTable2.Thisimprovestheaccuracyofthestarpointsimulation,andreducesthecorrectiontimesignificantly.Itcanalsosavehugehumanresourcesandcosts.References4.结论实验结果表明，这种通过分析光学系统点分布函数来确定实际能量中心位置与理论能量中心位置的差异,并在极坐标上进行修正的方法,简化了基于二维坐标轴分区修正的计算过程,降低了计算量及修正时间,提高了星点模拟的精度.测试结果展示在表二中。这提高了星点模拟的准确性并大幅减少了修正时间。它也减少了人力和财力的支出。}1]SONGCaingguo.TheResearchofExtractandRecognizeFilmLineDefectSystem}D].Wuhan:WuhanUniversityofTechnology,2008:1-73(宋庆国.焊缝图像缺陷提取与识别系统研究[D].武汉:武汉理工大学，2008:1-73)}2]YUDaoyin,TANHengying.EngineeringOptics(M].Beijing:MachineryIndustryPress,2004(郁道银，谈恒英.2程光学!M].机械工业出版社，2004)}3]KERYSZIGE.AdvancedEngineeringMathematics}M].JeffersonCity:Wiley,1993[4]SUNGaofei,ZHANGGuoyu,ZHENGRu,etal.Starsensorcalibrationresearchanddevelopment[J].J.Changchun.U}civ.Sci.Tech}aol.,2010,34(4):8-14(孙高飞，张国玉，郑茹，等.星敏感器标定方法的研究现状与发展趋势【J]·长春理工大学报，2010,34(4):8-14)(5]MAZhigang.Theresearchofthesubpixelimage}J].Chin,.J.Med.Device,2012(1):5-7(马志刚.图像的亚像素化技术研究【J].医疗装备，2012(1):5-7)(6]ZOUYangyang,ZHANGGuoyu,SUNGaofei,etal.Starpositioncorrectionofdynamicstarsimulatorbasedondistortioneffect【J〕.Chin.J.即aceSci.,2014,34(4):468-473(邹阳阳，张国玉，孙高飞，等，基于畸变影响的动态星模拟器星点位置修正方法{J』北京:空间科学学报，2014,34(4):468-473)基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究HYPERLINK