基于極坐標(biāo)的星模擬器星點(diǎn)能量中心修正的研究-畢業(yè)論文設(shè)計外文文獻(xiàn)翻譯

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hí)際的能力中心和理論上的能量中心是不同的，這導(dǎo)致了星模擬器的模擬準(zhǔn)確性失真。(1)Sphericalaberration.Whiletheemergentlightbeamfromon-axisobjectpointpassthroughtheopticalsystem,therayswithdifferentangelswhichisrelativetoopticalaxisintersectindifferentposidonsonaxis,andtheimageplanepresentsacirculardispersionspot.1)球差。當(dāng)軸上物點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后,與光軸呈不同角度的光線交光軸于不同位置,使星點(diǎn)在像面上形成一個圓形彌散斑.(2)Coma.Theoffaxisobjectpointlocatesoffthemainaxis,emitsmonochromaticcone-beamtoopticalsystem.Theexistedlightbeamisrefractedbyopticalsystemandimagedunclearlyonidealimagepoint,andtheimagepointbringsbrighttailandformsacometdispersionspot.2)慧差。由位于主軸外的星點(diǎn),向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射后,在理想平面處不能結(jié)成清晰點(diǎn),而是結(jié)成拖著明亮尾巴的彗星形彌散斑.(3)Astigmatismandfieldcurvature.Asthe1uminescenceobjectpointisofftheaxisofopticalsystem,theemittedbeamhasinclinedanglewithopticalaxis.Thelightbeamisrefractedbylensandtheconvergenceofmeridianbeamletandsagittalbeamletisnotonthesamepoint.Thatisthebeamconvergentindifferentpointandtheimageisunclear,finallyformsellipticaldispersionspot}l}.3)像散和場曲。當(dāng)發(fā)光星點(diǎn)不在光學(xué)系統(tǒng)的光軸上時,它所發(fā)出的光束與光軸有一傾斜角.該光束經(jīng)透鏡折射后,其子午細(xì)光束與弧矢細(xì)光束的匯聚點(diǎn)不在一個點(diǎn)上.即光束不能聚焦于一點(diǎn),成像不清晰,形成橢圓形彌散斑(4)Distortion.Whiletheastigmatismandfieldcurvaturearecorrectedtobezero,thechiefrayisnotduplicationwithidealimagepoint,andthisonlycausesthepositionerrorofstarpointandtherewillbenodispersespot4)畸變。當(dāng)像散場曲校正為零時,主光線不與理想像點(diǎn)重合,只引起像星點(diǎn)的位置誤差,并不產(chǎn)生彌散斑.(5)Axialchromaticaberration.Similarwithsphericalaberration,whilevariouslightpassingthroughthelens,thebeamcannotconvergetobeimagepointonimageplaneandformcolorfulcirculardispersionspot.5)位置色差影響:類似于球差的影響,星點(diǎn)發(fā)出的各色光通過透鏡時,由于位置色差的存在不能在象平面上會聚成一個象點(diǎn),形成彩色圓形彌散斑.Inconclusion,theaberrationsofopticalsystemalmostallhaveinfluencesonstarpointenergycenter.InordertoinducethedeviationofenergycenterCausedbyaberration,anopticalsystemwith22fieldofviewand56.0006mmfocallengthisdesigned.光學(xué)系統(tǒng)的所有像差幾乎都對星點(diǎn)的能量中心顯示產(chǎn)生影響.為了盡量減小像差產(chǎn)生的能量中心偏移,設(shè)計視場22°,焦距56.0006mm的光學(xué)系統(tǒng).CorrectionProcessingofEnergyCenter2.能量中心修正過程Inthestarsimulatoropticalsystem,thepositionandorientationoftheactualincidentrayisuncertain.Inordertosimulatetheactualpathoflightpropagation,non-sequentialraytracingmethodisused.MonteCarolalgorithmisusedtogeneratethestochasticraysemittedfromthestarpoint,andtheseraysareusedtosimulatethelightpathforraytracing.Finally,thesimulationproducestheimagepointdistributionfunction,andthecomputercalculationisusedtoanalyzethedataofthisfunction,andtodeterminetheoffsetrelationshipbetweentheactualenergycenterpositionandthetheoreticalenergycenterposition.在星模光學(xué)系統(tǒng)中,實(shí)際光線的位置和方向是不確定的,為了模擬實(shí)際光線傳播的路徑,采用非序列光線追跡方法.利用MonteCarlo算法模擬星點(diǎn)產(chǎn)生的隨機(jī)光線來模擬光線路徑,進(jìn)行光線追跡.通過模擬出的像點(diǎn)分布函數(shù),利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,確定能量中心位置與理論設(shè)計時能量中心位置的偏移關(guān)系.MonteCarloraytracingmethodselectsrandombasedontheprobabilityfunctionandthesamplingalgorithm,andthenormalizedprobabilityfunctionisMonteCarlo光線追跡方法中隨機(jī)光線的選擇基于概率函數(shù)及算法中的抽樣,歸一化的概率函數(shù)為wherexvalue,representstherandomvariable,andforany.Thecorrespondingpoint式中x代表隨機(jī)變量,對任意的x,有P(x)≥0.其相應(yīng)的積分為AccordingtoagivenprobabilityfunctionP(x),thealgorithmtoobtainaseriesofrandomnumberconsistsoftwosteps:(1)Toselectauniformlydistributedrandomnumberpduringtheintervalof【0,1】(2)UsinginthecumulativedistributionfunctioncurvestocalculatethecorrespondingvalueRepeatingthesetwostepsandyoucangetaccordingto}.AccordingtoZEMAXcorrelationfunction,thedifferencesbetweenactualenergycenterandthetheoreticalenergycenterineachfieldcanbefiguredout,whichisshowninTable1.根據(jù)一個給定的概率函數(shù)P(x)來獲得一系列的隨機(jī)數(shù)xp,運(yùn)算法則步驟為1)選擇一個在區(qū)間[0,1]上均勻分布的隨機(jī)數(shù)p;2)在累積分布函數(shù)曲線中利用p=D(xp)來計算相應(yīng)的值xp,重復(fù)這兩步就可以得到根據(jù)P(x)分布的數(shù)xp[3]

.根據(jù)Zemax相關(guān)函數(shù)求解出不同視場實(shí)際能量中心與理論能量中心差異,結(jié)果見表1.Throughthepositiondeviationsbetweenthetheoreticalandactualenergycentercalculatedfromthepointdistributionfunction,thecurveandsurfacescanbefittedalongthepolardirection通過理論與實(shí)際能量中心之間的點(diǎn)分布函數(shù)計算的位置偏差，曲線和表面可沿著極坐方向來擬合。Withtheleastsquaremethod,thecorrespondentefunctionbetweentheactualenergycenterandthetheoreticalenergycenterisfitted,andtheoreticalenergycentercorrectionismade.Sotheamendedactualenergycenterisdisplayedonthescreen,whichisconsistentwiththetheoreticalenergycenter.通過最小二乘法擬合出實(shí)際能量中心與理論能量中心的對應(yīng)關(guān)系,對理論能量中心進(jìn)行修正,使屏幕顯示的實(shí)際能量中心,經(jīng)修正后與理論能量中心一致.AccordingtothepointdistributionfunctionanalyzedfromZEMAX,theenergycenter'soffsetofanyfieldofviewcanbeobtained.Theseoffsetscanbefittedwithacorrectioncurve。,whichshowstheactualtheoreticalenergycenteraftercorrection.Usingtheprinciplethatmakethesumofsquaresminimumas根據(jù)Zemax分析出的點(diǎn)分布函數(shù)可知任意視場點(diǎn)能量中心的偏移量,根據(jù)這些偏移量可擬合出修正后的實(shí)際理論能量中心曲線ω=φ(α),用偏差的平方和最小的原則即最小二乘法,擬合出修正曲線,即alsocalledleastsquaresmethod,thefittingcurvecanbefiguredoutas:也成為最小啊二乘法，擬合曲線可以表達(dá)為：Aftercorrection,accordingtothedirectionofcorrectedpointazimuthangleB,thepointcoordinatesisrestoredfromthepolarcoordinatesintotheformoftwo-dimensionalcoordinatesystemlike，thestarpointatthecorrespondingcoordinatepositionislitonthescreen.Theconversionformulais:修正后,再根據(jù)被修正點(diǎn)的方位角θ,恢復(fù)出二維坐標(biāo)系xoy下的(x,y)坐標(biāo)形式在屏幕上對應(yīng)的像素坐標(biāo)位置點(diǎn)亮星點(diǎn).轉(zhuǎn)換公式為：Hereistheazimuthangleofthestarpointneededtobelitbeforethecorrection.式中θ為修正前需要被點(diǎn)亮星點(diǎn)的方位角.ErrorAnalysis3.誤差分析Accordingtothesystemrequirementsforprecision,thesinglestarpositionerror}22"showsthatforthefieldofvieww,itspermissibleerrorbwmustsatisfythattheerrorislessthanasinglestarpositionerror,.Accordingtothefittingequation,theinferredmaximumtruncationerroris0.25413",whichismuchsmallerthantherequirementsthatthesinglestarpositionerrorshouldbe≦22"根據(jù)系統(tǒng)要求精度,單星位置誤差≤±22″可知,視場ω允許誤差δ

ω

必須滿足截斷誤差項(xiàng)小于單星位置誤差,即δω≤22″.根據(jù)擬合方程可推斷出最大截斷誤差為0.41832″,遠(yuǎn)小于22″,滿足單星位置精度的要求.Forstaticstarsimulator,biasbasedonthestarpointenergycenterdisplayedonthestarcheckboardisthecorrectionerror,whichcanmeettheaccuracyrequirements.對于靜態(tài)星模擬器,在星檢板上直接刻畫的星點(diǎn)對于讀取能量中心產(chǎn)生的偏差即為修正誤差[4].本系統(tǒng)靜態(tài)修正誤差即為系統(tǒng)最大截斷誤差0.41832″,滿足精度要求.However;duetothedynamicstarsimulatordisplaydevicerestrictions,thestarpointmovementonLCOSperunitis0.008mm.Themaximumerroroftheimpactofdisplaydeviceis但對于動態(tài)星模擬器由于顯示器條件限制,星點(diǎn)在LCOS上的單位移動量為0.008mm,即器件影響產(chǎn)生的最大誤差為Sub-pixeldisplaytechnologyisutilizedindynamicstarsimulator,andinterpolationalgorithmisusedtorefineapixelintosmallerpixelunit,suchas1/2pixel,1/5pixel,1/10pixel.Sub-pixelisamethodtomakeapixeldividedintosmallerunits.Takingthe8bitsystemasanexample,thegraylevelofthepixelvalueis255,theninsuchsystemsapixelcouldbedividedintosmallunitsof255}usingtheinterpolationalgorithmcooperatedwithsurroundingpoint'sgrayvalue,tomakethestarpointpositiondisplayprecisionreachdecimalrange.對動態(tài)星模擬器采用亞像素顯示技術(shù),通過插值算法將一個像素細(xì)化成更小的像素單位,如1/2個像素,1/5個像素,1/10個像素.亞像素就是將一個像素分為更小的單位,以8bit的系統(tǒng)為例,該像素的灰度值級別為256,那么對這類系統(tǒng)進(jìn)行亞像素計算就要把這一個像素分為255個小單位[5],并通過插值算法通過與周圍像素灰度值進(jìn)行配合,使得星點(diǎn)顯示像素位置移動精度達(dá)到小數(shù)范圍.Masscenteristhestartheoreticalpositiononthemap.Tomakesureofthestarposition,methodofbacksteppingeachpixel'sgrayvalueinthedisplayareafromthemasscentercanbeusedinordertoincreasethedisplayaccuracyuptotenths.質(zhì)心是地圖上的星理論上的位置。為了確定星的位置，來自質(zhì)心展示區(qū)中的反向遞推每個像素的灰值的方法被用以增加十分位的顯示誤差。Toensuretheaccuracyofthesimulator,theGaussiandistributionfunctionischosentosimulatethelightspotgreyvaluedistribution:為了確保模擬器的準(zhǔn)確性，高斯分布函數(shù)被選用來模擬光斑灰值分布：where；arethetheoreticalcentercoordinates;arethepixelcoordinatesonthedisplaydevice;A,BaretheGaussiandistributionparameters.Bothsidesoftheequationcanbetransformedbylogarithmiccomputation:在該方程式中，X0,Y0是理論中心坐標(biāo)，XP,YP是顯示設(shè)備上像素的坐標(biāo)，A,B是高斯分布參數(shù)。通過對數(shù)計算，方程的兩邊可以轉(zhuǎn)化為：WhenfurtherlinearfunctionrelationisshownasUsingtheleastsquaresfitting,thefittingcoeffidentcanbecalculatedout通過最小平方擬合，擬合系數(shù)可以計算出來Herearedatepoints.Thespecificvaluecanbecalculatedaccordingtothepixelsvalueinsidethestarlightpoint.Finally,therealpixelsvaluecanbeobtainedbyback-steppingthefittingequations.Takinga6x6pixelsarrayforexampleasshowninFigure2,astarpointcentroidaccuracyof0.1isshowninFigure3,whereshowsthecorrespondingpixelvalueofLCOSdisplaydevice.是時間點(diǎn)。比值可以通過星點(diǎn)中的像素值來計算出。最后，通過反推擬合方程式可以獲得真實(shí)的像素值。如圖2展示的以6x6像素值為例，圖3中星點(diǎn)圖心的準(zhǔn)確值，Py是LCOS顯示設(shè)備上相應(yīng)的像素值。Throughexperimentalanalysis,aftersubpixeldisplay,theprecisioncanbeimprovedtoahigherlevel,andtheenergydistributioneffectisimprovedsubstantiallyandismoreclosedtorealstarimage,asshowninFigure4.通過實(shí)驗(yàn)分析，亞像素顯示后，之前的值可以提高到一個新的程度，能量分布效果也大大提高并且如圖4顯示的，越來越接近真實(shí)星圖Theusageofsub-pixelstarpointdisplaymethodincreasetheenergycenterpositiondisplayprecision0.1pixel,andtheinfluenceerroris利用亞像素星點(diǎn)顯示方法將能量中心位置顯示精度提高到0.1個像元后,影響誤差為Aftererroraccumulation,theerrorstillcansatisfythesystemrequiredprecision.誤差累積后依然滿足系統(tǒng)精度要求.4InconclusionTheexperimentalresultshowsthatthemethodbyanalyzingthepointdistributionfunctionoftheopticalsystemtoensuretheoffsetbetweenactualenergycenterpositionandtheoreticalenergycenterposition,andcorrectinginpolarcoordinates,simplifythecumbersomeandcomputationbasedonthetwo-dimensionalcoordinateaxespartitioncorrection.ThetestresultsareshowninTable2.Thisimprovestheaccuracyofthestarpointsimulation,andreducesthecorrectiontimesignificantly.Itcanalsosavehugehumanresourcesandcosts.References4.結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種通過分析光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)分布函數(shù)來確定實(shí)際能量中心位置與理論能量中心位置的差異,并在極坐標(biāo)上進(jìn)行修正的方法,簡化了基于二維坐標(biāo)軸分區(qū)修正的計算過程,降低了計算量及修正時間,提高了星點(diǎn)模擬的精度.測試結(jié)果展示在表二中。這提高了星點(diǎn)模擬的準(zhǔn)確性并大幅減少了修正時間。它也減少了人力和財力的支出。}1]SONGCaingguo.TheResearchofExtractandRecognizeFilmLineDefectSystem}D].Wuhan:WuhanUniversityofTechnology,2008:1-73(宋慶國.焊縫圖像缺陷提取與識別系統(tǒng)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2008:1-73)}2]YUDaoyin,TANHengying.EngineeringOptics(M].Beijing:MachineryIndustryPress,2004(郁道銀，談恒英.2程光學(xué)!M].機(jī)械工業(yè)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(孫高飛，張國玉，鄭茹，等.星敏感器標(biāo)定方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢【J]·長春理工大學(xué)報，2010,34(4):8-14)(5]MAZhigang.Theresearchofthesubpixelimage}J].Chin,.J.Med.Device,2012(1):5-7(馬志剛.圖像的亞像素化技術(shù)研究【J].醫(yī)療裝備，2012(1):5-7)(6]ZOUYangyang,ZHANGGuoyu,SUNGaofei,etal.Starpositioncorrectionofdynamicstarsimulatorbasedondistortioneffect【J〕.Chin.J.即aceSci.,2014,34(4):468-473(鄒陽陽，張國玉，孫高飛，等，基于畸變影響的動態(tài)星模擬器星點(diǎn)位置修正方法{J』北京:空間科學(xué)學(xué)報，2014,34(4):468-473)基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究HYPERLINK