机载激光通信稳瞄吊舱设计与跟踪精度测试

针对飞机姿态扰动和强烈震动条件下激光通信中的光轴稳定问题,研制了粗精复合跟踪机构,并对减振器安装结构形式进行了分析,完成了减振系统设计和伺服系统仿真。在此基础上开展了飞机姿态和振动特性测试,根据测试结果,绘制了振动试验曲线。进行室内仿真检测和外场飞行测试的试验结果表明,在大气信道条件下,粗跟踪吊舱跟踪精度优于23.97 μrad,精跟踪精度优于7.03 μrad. 对比实验室和外场测试环境的差异,可知大气干扰引起的光斑闪烁是导致跟踪精度下降的主要原因,为系统指标分配和吊舱跟瞄精度的提高提供了参考。     

潜望式激光通信终端的扰动抑制与动态跟踪方法

潜望式激光通信终端系统内部执行机构的力矩脉动以及外部扰动等因素,会影响通信链路建立过程中伺服系统的跟踪精度与稳定性。为提高伺服系统的抗干扰能力与跟踪性能,采用降低执行结构的力矩波动、提升系统运行速度平稳性的方法,对系统的低速平稳性以及动态跟踪过程进行测试和分析;通过通信终端控制系统的动态跟踪实验,验证控制策略的有效性。实验结果表明：在最大速度为0.131°/s、最大加速度分别为0.137°/s²、0.329°/s²的平台扰动条件下,方位轴和俯仰轴的粗精复合跟踪精度都可以达到2 μrad以内,验证了通信终端伺服系统的抖动抑制能力及其系统的动态跟踪性能。     

空间激光通信终端ATP技术与系统研究

为了提高某机载空间激光通信终端中捕获、跟踪、对准(ATP)系统的跟踪精度,提出了对该系统的改进方案并研制了样机。对光学接收单元、粗跟踪单元、精跟踪单元以及超前瞄准控制等单元进行了设计。建立了复合轴跟踪系统控制模型,对系统的跟踪控制性能进行了仿真研究。为了验证ATP系统校正粗跟踪残余误差的能力,在激光通信平台振动模拟实验...     

库德式激光通信终端粗跟踪技术

在库德式通信终端中,望远单元和库德反射镜与电荷耦合器（CCD）探测器之间的相对运动导致光路结构随通信终端姿态变化而改变,使得控制难度增大。为解决这一问题,利用矩阵光学方法建立库德式激光通信终端的CCD测角模型,设计基于模型-PID的控制算法,搭建实验测试系统验证了该算法在瞄准、捕获和跟踪过程中的性能。结果表明：利用实测数据对测角模型进行静态验证时,计算精度的均方根误差优于9 μrad;加入角速度0.1°/s、幅值0.1°的正弦扰动信号进行跟踪测试时,实测动态跟踪误差的标准差优于21 μrad（1σ）,满足激光通信对于粗跟踪单元50 μrad（1σ）跟踪精度的需求。     

机载无线激光通信对准-捕获-跟踪系统及动态飞行试验研究

机载无线激光通信具有通信速率高、抗干扰能力强、保密性好、布置灵活等优点,在天地一体化高速信息网络、军用保密通信、电磁干扰环境下可靠通信等应用中有着广阔前景。为解决机载环境下激光通信光轴对准难题,通过对无线激光通信系统特点和Y-12型飞机平台特性的分析,采用粗、精两级复合跟踪方案,设计了由被动减震结合主动抑制的粗跟踪单元和电磁振镜精跟踪单元组成的机载无线激光通信对准、捕获、跟踪(PAT)系统。Y-12飞机搭载该系统开展了双固定翼飞机间远距离、高速机载激光通信试验,验证了所设计的机载无线激光通信PAT系统的跟踪性能和机载环境适应性。     

星间激光通信信标跟踪无焦光学系统设计

针对星间激光通信的特点,通过无焦光学系统的入瞳、出瞳比例的设计,有效控制四象限探测器光斑尺寸,研制了小型粗精信标跟踪光学系统。对畸变、点列图、足迹图、能量集中度等系统性能进行了评价,表明无焦光学系统可用于信标跟踪探测。     

自由空间光通信APT粗跟踪CCD相机的研制

在自由空间激光通信系统中,通信双方对对方目标的捕获、对准、跟踪( APT)是通信过程中的重要环节。针对粗跟踪子系统的特点和要求,研制了光端机粗跟踪相机,从而实现对信标激光的捕获。该相机使用TC237B面阵CCD,可根据串口命令实时调节光积分时间、内部增益倍数、图像亮度偏置等参数,采用高速Camera Link数字输出接口。还具有根据命令选择驱动方式的功能,开窗口模式下输出256×256像元时帧频可达到100 f/s,满足粗跟踪伺服带宽的要求。     

阳光背景下小口径激光引信探测性能研究

为了研究阳光辐射对小口径激光引信探测性能的影响,结合大气阳光辐射传输理论和噪声产生机理,建立了光电探测器表面阳光辐射功率模型和系统信噪比模型;分析了激光探测装置和探测目标不同空间位置以及系统带宽对系统性能的影响;结果表明：探测目标与探测装置的空间位置对系统探测性能具有不同的影响：系统信噪比随着接收装置表面倾斜角θ增大而增强,当θ＜0．4 rad时,系统信噪比SNR＜5;当探测距离大于10 m时,信噪比基本为0,激光探测系统失效;目标表面倾斜角γ越小对系统的影响越大,当γ＝0．6 rad时,系统最大信噪比仅为12;选取合适的接收系统带宽对激光引信抗阳光干扰和信号接收有着重要的作用;该结果为提高系统探测性能提供了一定的依据。     

精指向机构45°扫描镜光矢量轨迹正交性研究

在空间激光通信终端中，精指向机构45°扫描镜振动轴绕不同轴系振动时，捕获跟踪CMOS相机上的扫描轨迹不正交，使得激光终端扫描概率降低、光轴在轨标定难度增大。为研究其内在机理，利用光学追迹的方法建立三维光矢量扫描轨迹模型，计算并仿真45°反射镜振动轴沿两组常用正交轴扫描时，CMOS相机上光矢量轨迹的正交性，搭建实验测试系统验证该计算仿真在精指向机构扫描过程反射光矢量的性能。研究结果表明：45°扫描镜振动轴绕■和■振动扫描轨迹的不正交度为19.47°,不随扫描角度的变化而发生变化，实验验证和理论结果一致；45°扫描镜振动轴绕z轴和■振动时，由扫描角度和扫描轨迹正交性曲线关系，得出CMOS相机上扫描轨迹夹角随着扫描角度变化而变化，当扫描角度为9 mrad时，扫描轨迹的不正交度为6.4 mrad。该研究对空间激光通信终端精指向机构扫描的内在机理、安装方式、轴外视场光轴标定等有深刻的认识和指导意义。     

自由空间激光通信平台振动模拟实验系统研究

为了对自由空间激光通信中的高精度、复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的关键技术进行验证,需要对平台的振动或扰动进行半实物仿真。在对通信平台振动功率谱进行分析的基础上,基于MATLAB/Simulink建立了平台振动半实物模拟实验系统,通过半实物仿真得出平台的振动时域信号及其振动功率谱。通过CCD闭环检测,证明了平台振动模拟结果真实有效。将模拟产生的振动信号作为自由空间激光通信复合轴APT实验系统的激励,实现了在模拟振动和运动条件下对复合轴APT跟踪系统的实验室验证。     

电动操纵负荷系统多余力抑制研究

为有效抑制多余力对系统的伺服精度、动态性能和稳定性等指标的影响,提出PID＋前馈补偿复合控制策略的设计思想。阐述电动操纵负荷系统的组成及工作原理,通过对系统的模型建立及仿真分析,深入了解多余力产生的机理及对系统的影响,并以俯仰通道为例,采用阶跃响应和正弦响应进行测试验证。结果表明,该控制策略能有效抑制多余力影响,提高电动操纵负荷系统的力感跟踪精度。     

基于激光多普勒的微型弹簧振动快速测试方法

针对现有微型弹簧振动测试周期较长的问题,提出了基于激光多普勒原理的微型弹簧振动快速测试方法。该方法采用氦氖激光器作为光源,垂直照射到处于振动状态的弹簧表面,对反射激光光束的频率偏移量进行精确测量并从中解算出被测弹簧的振动参数。实测和仿真结果表明,提出的微型弹簧振动快速测试方法对谐振位移和频率均具有较高测试精度,可将单个微型弹簧的振动测试周期缩短至约3 min左右,测试周期显著缩短,可以实现特征尺寸为微米级的微型弹簧振动快速测试。     

基于OOSM-PF的微弱目标检测前跟踪

由于量测数据预处理以及通信延迟等因素的影响,集中式融合跟踪系统面临着无序量测的问题.针对低信噪比和无序量测情况下的微弱目标检测与跟踪,提出了一种基于无序量测和粒子滤波的检测前跟踪方法,然后将该方法的性能与顺序量测滤波方法以及丢弃无序量测方法的性能进行分析对比.仿真结果表明,该算法可以有效处理无序量测问题,实现对微弱目标的有效检测和跟踪,其目标跟踪精度接近顺序量测滤波的跟踪精度.     

激光照射性能测量中异源相机的标定方法

激光照射性能测量相机包括可见光相机和近红外相机,可完成激光照射器照射精度立靶成像测量。可见光相机用来拍摄运动靶板,近红外相机用来拍摄照射激光。为解决在测量过程中卡塞格林光学系统使图像产生畸变和两个相机光轴不严格一致问题,在远距离测量中忽略透视误差的影响,对张正友相机标定方法进行改进,使相机内参数中扭曲因子为0,实现相机标定;根据可见光相机和近红外相机成像面的空间透视关系,实现双相机轴线一致性标定。实验结果表明：可见光相机标定的重投影误差为0.08像素,近红外相机标定的重投影误差为0.19像素,相机配准轴线一致性精度为0.37 μrad,满足激光照射器照射精度外场测试中的需求。     

某型雷达电视跟踪测量系统及精度分析

雷达对目标进行近距离、高精度实时轨迹测量时,雷达的跟踪精度受地面杂物、角闪烁等因素影响较大,测量精度无法得到保证。文中介绍了某型雷达电视跟踪测量系统,该系统在近距离跟踪状态下使用电视跟踪,可提高跟踪精度。文中对系统的测量精度进行了分析。     

电视导引头性能分析

以某低成本电视导引头为基础,建立了跟踪系统的仿真模型.采用MATLAB/Simulink仿真工具对该系统进行了仿真试验,模拟了转子转动角频率、角动量、弹体振动等因素对系统性能的影响,评估了该系统的总体性能和实际应用的可行性,为电视制导武器系统的研制提供了一定参考依据.     

提高大功率机电静压伺服机构动静态性能控制算法研究

提出融合陷波器、非线性PID和前馈的提高大功率机电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)动静态性能的控制算法。陷波器用于抑制负载结构谐振。在此基础上,设计非线性PID和前馈算法,研制了样机,解决了纯比例控制器难以兼顾静态精度、谐振峰值和相位的问题;建立了数学模型,研制样机,并进行了系统仿真和试验研究。结果表明:采用惯性模拟负载台(转动惯量1000kg·m~2),进行0.1°频率特性测试,相比以往算法,在负载结构抑制效果相当的情况下,跟踪精度提高一倍,-45°相频带宽从18.5rad/s扩展至25rad/s,验证了机电静压伺服机构实现大推力火箭发动机高性能摇摆控制的可行性。     

速度/加速度误差补偿对光电跟踪系统稳定性影响分析

高速高精度光电跟踪控制系统采用速度/加速度误差补偿控制策略后,虽降低了系统跟踪误差,对系统稳定性有所影响,但提高了系统跟踪精度.通过Matlab对比加入速度、加速度误差补偿控制策略前后,在提高光电跟踪系统跟踪精度的同时,虽然系统稳定裕度有所降低,但恰当选择参数对系统稳定性几乎无影响.     

基于数据选择的引信测试回波信号高精度延时

针对实验室无线电引信测试系统回波信号延时精度低的问题,基于FPGA平台,提出通过数据存储和数据选择方式来实现引信测试系统回波信号高精度延时。该方法利用自行编写的算法控制粗延时单元中的数据存储和精延时单元中的数据选择方式进行实现,在满足延时要求的基础上,有效提高了引信测试系统回波信号的延时精度。实验结果表明,本文提出的粗延时单元设计方案能够满足引信测试系统回波信号的延时需求,精延时单元设计方案能够将延时精度从FPGA时钟周期的4ns提升到1ns,意味着引信定距测试精度从0.6m提升到0.15m,测试精度提升到了一个更高的水平。     

潜载随动系统的扰动特征与复合轴补偿机理研究

当潜艇在水下高速行进时,海水会在潜艇表面形成脱体边界层和分离涡,大尺度分离涡的生成和脱体会引起潜艇力与力矩的大幅度波动,从而影响潜载激光武器随动系统的跟瞄精度与毁伤效能。以潜载激光武器粗精复合轴跟瞄系统为研究对象,分析了潜艇流噪声对粗、精两级跟踪输出误差的影响。基于流体力学基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法分析了1×10⁷雷诺数下6°偏航角潜艇的流体动力学特性,并通过坐标解算将流体对艇体的扰动转化到光轴坐标系;获得了粗、精复合轴随动系统的传递函数,搭建了闭环控制器,获得了粗、精通道对特征输入信号的时域响应特性;分析了粗、精复合轴随动系统对潜艇流场扰动输出误差的补偿效果,并从流场演化和压力矩脉动层面分析了大尺度分离涡对跟瞄输出误差的影响。研究结果表明：粗、精复合轴随动控制系统可以有效补偿潜艇扰动带来的光轴输出误差,方位角、俯仰角的波动和跟瞄输出误差主要由围壳端面产生大尺度分离的梢涡引起的压力矩脉动造成,艇身扰动因其周期较长而对输出误差没有特别的影响。