振镜扫描激光清除电网异物数值仿真研究

针对振镜激光清除高压输电线异物二维扫描技术扫描不均匀的问题，结合振镜的扫描原理，通过简单的扫描理论推导和Matlab仿真分析，利用COMSOL有限元对激光扫描轨迹进行仿真模拟。设计X-Y检流计振镜扫描进行区域全覆盖扫描，得出X-Y检流计振镜扫描存在矩形失真特性，故通过三角函数变换的思路进行补偿修正，修正后的扫描轨迹效果较好，由上到下逐行扫描，且扫描较为完整，不存在漏扫。为实现振镜式激光光斑区域全覆盖扫描，进行扫描路径设计理论推导和仿真。结果表明：随着扫描线距的增加，漏扫率逐渐增大，重叠率逐渐减小；当扫描线距与光斑半径相等时，光斑恰好没有重叠区域，重叠率为0，漏扫率为27.37%。通过COMSOL有限元对光斑轨迹扫描进行仿真，进一步说明了所提扫描方法的可行性和正确性，在振镜激光扫描系统中有着重要的参考价值。     

基于多种目标运动模式的光电跟踪性能测试系统研究北大核心CSCD

为评价光电跟踪系统的跟踪性能,提出一套光电跟踪性能测试系统,该系统采用高精度电机控制准直系统焦平面处的靶标进行圆周运动、正弦运动及用户自定义运动,可模拟运动特性复杂的目标,准直系统采用透射式中长波光学系统,与反射系统相比,视场更大,同时电机控制精度高,可实现实验室内对跟踪系统最大角速度、最大角加速度的高精度测试。     

空间激光通信系统精跟踪技术研究

分析空间激光通信系统精跟踪技术发展现状,使用振镜和CCD相机器件搭建了一套精跟踪系统。对CCD开窗口、光斑中心算法、光斑检测精度和补偿函数设计等内容进行了研究。完成精跟踪模拟实验,结果表明系统视轴稳定精度优于3μrad,符合精跟踪对视轴稳定的要求。     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

高速扫描振镜伺服电路设计

振镜式激光扫描器在现代工业中具有广泛用途,为保证激光扫描器在各种工作状况下都能实现高速度和高重复性扫描,应从扫描器工作原理入手设计匹配的运动控制器.基于这一思想,设计了伺服系统原理图,对位置调节器进行整定并建立了完整的闭环控制的位置随动控制系统.实验证明系统是可行的.     

无线光通信ATP演示实验系统

针对空间无线光通信中捕获、瞄准和跟踪（ATP）技术的粗跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,为项目进一步工作提供基础,搭建了无线光通信ATP演示实验系统,分别对粗、精跟踪子系统进行了详细的介绍,利用该系统进行了运动目标的模拟跟踪实验。结果表明：粗跟踪可将运动误差控制在200μrad之内,使光目标始终维持在精跟踪视场内,精跟踪可将系统误差控制在15μrad,可满足通信需求。     

自由空间光通信精跟踪系统设计及其通信实验

为了解决自由空间光通信对APT系统的高精度高带宽要求,设计研制了一种精跟踪系统。该系统以高帧频CMOS相机为探测机构,以音圈电机驱动的FSM(Fast Steering Mirror)为执行机构,由PC机进行控制和运算。在一维模拟运动平台中进行带粗跟踪的距离为2 km的激光通信实验时运用该系统,当模拟运动平台以不同角速度转动时,粗跟踪会有不同的跟踪残差,该残差以及大气湍流及平台振动引起的光斑抖动均由精跟踪系统来补偿。记录并分析了精跟踪补偿后的相机端光斑质心的变化以及光路中光功率的变化数据,得出结果:精跟踪残差受粗跟踪系统的影响,随模拟运动角速度的增大而增加,在1.2(°)/s时粗精跟踪系统联合能将光斑偏移量的标准差稳定在6μrad以内。     

基于双DSP的光电目标跟踪控制系统设计

光电目标的捕获、瞄准和跟踪是空间激光通信的难题之一.采用TMS320DM642+TMS320F2812为核心处理器设计了光电目标跟踪系统,介绍了系统的硬件设计,给出了详细的软件执行流程,采用两块独立模块构成系统,可靠性高.经实验证实:该系统能有效提取CCD视频光斑并将解算的坐标信息送给F2812,通过施加一定的算法,能够有效地跟踪光电目标.     

脉冲激光分布式扫描参数的优化分析

提出一种基于激光脉冲扫描测量体制下的高速点目标捕获、跟踪测量方法,应用匀速运动模型模拟仿真目标的轨迹及分布概率;考虑脉冲激光光斑分布的相关参数,建立脉冲激光扫描捕获点目标的理论模型。提出了一种基于时间序列法的捕获方法,用以求解针对目标模型脉冲激光在一帧扫描时域内的捕获次数。在此基础上对激光分布式扫描光斑布局的主要参量进行数值仿真分析,进而提出一种针对目标运动特性、激光传感器特性的最优化扫描方式,以提高一帧扫描时域内的捕获概率和捕获次数,缩短捕获时间;结合算例通过半实物仿真实验验证最优化扫描方式的可行性。所提方法为激光跟踪系统的脉冲频率、扫描频率与目标运动模型的最佳匹配提供了依据。     

基于单目视觉的移动光斑跟踪定位方法

针对移动光斑跟踪定位中目标快速运动、严重遮挡导致光斑位置难以长时间跟踪的问题,提出了一种基于光斑跟踪模块、光斑中心定位模块和光斑轨迹预测模块三部分组成的单目视觉的移动光斑跟踪定位方法。其中,光斑跟踪模块是通过图像分割出目标光斑区域并以该区域初始化相关滤波器CN算法;光斑中心定位模块在跟踪框内通过灰度质心法求取光斑中心;光斑轨迹预测模块是通过自适应无迹卡尔曼滤波器(UKF)结合轨迹线性拟合来估计目标位置,在受干扰情况下校正CN跟踪器的搜索区域,提高系统抗干扰能力;利用实际移动光斑视频图像序列进行实验研究,对比试验结果表明所提方法的有效性。     

大型光电跟踪系统的调焦控制

大型光电系统在对运动目标进行成像或跟踪时，要求其光学系统的焦距能够根据探测目标的距离进行实时调整，使得目标能够清晰志成像在光学系统的探测器靶面上，便于系统对探测到的目标图像数据进行后续处理。     

基于四象限探测器的激光束二维扫描跟踪系统的研究

在激光作为能量载体给远程移动设备如无人机充电的过程中,为确保接收端能精准接收到从发射端发射来的激光束,设计了一套基于四象限探测器的激光束二维扫描跟踪系统.该系统通过实时测量入射激光的光斑中心相对于四象限探测器中心的偏移量,利用监控和控制计算机、控制柜以及二轴转台构建闭环控制系统,可实现激光对移动目标的实时跟踪.测试结果表明,当移动目标在距离激光束发射端高1m、横向宽度30 cm的区域内以不大于5 cm/s的速度移动时,该跟踪扫描系统可较准确、实时地跟踪移动目标.     

激光对微型无人机跟瞄充电系统的设计与实现

为了提高微型无人机(MUAV)的续航时间,基于二轴扫描振镜的工作原理,设计了一套激光对MUAV的远程实时跟瞄充电系统.系统采用硅光电池阵列作为光斑位置传感器,其信号经扫描跟踪算法处理后,在地面与MUAV间建立起无线数传反馈链路,控制二轴扫描振镜改变激光发射方向,实现激光束对MUAV的扫描与实时跟踪;同时硅光电池阵列也作...     

目标运动闭环跟踪模拟系统

提出了一种基于激光技术的、易于工程实现的目标运动模拟方法及实验装置,并进行了实验验证。利用激光的高亮度、发散角小以及激光器体积小、质量轻等特点,设计了针对小目标运动的实验模拟装置。通过多轴复合技术以及空间投影技术,实现了角运动向小目标二维空间运动的转换;运用多媒体定时器技术实现了对电机的内部闭环控制;采用脉冲宽度调制(PWM)技术实现了对电机的速度控制,提高了目标的仿真精度。小目标的运动速度可以达到10°/s,精度<0.1°/s,归一化标准偏差0.09。利用该装置实现了实验室内的目标运动闭环跟踪实验研究,目标捕获跟踪系统的跟踪标准偏差为0.2 mrad。该系统可以作为目标捕获跟踪系统对二维运动目标的闭环实验研究的验证仿真平台。     

反作用轮实现微纳卫星光电跟踪物理仿真

为了验证以反作用轮为执行机构实现姿态机动,完成微纳卫星对运动目标跟踪的可行性,设计了基于单轴气浮台的微纳卫星光电跟踪物理仿真系统。首先,为提高物理仿真系统的性能,分别对反作用轮和气浮台的干扰力矩进行分析;其次,针对反作用轮存在的干扰力矩和加、减速时间常数不对称的问题,设计了增益调度和力矩补偿相结合的反作用轮控制策略;再其次,采用双闭环-速度前馈的控制结构,完成了微纳卫星光电跟踪物理仿真系统的控制系统的设计;最后,为了验证仿真系统的跟踪性能,对作正弦运动的一维靶标进行跟踪。实验表明:对于跟踪最大速度为9（）/s、最大角加速度为4.5（）/s2的正弦运动靶标,物理仿真平台的跟踪精度达到0.4,从而说明以反作用轮为执行机构实现姿态机动,微纳卫星可以实现对运动目标的跟踪。     

空间光通信中高帧频相机动态调光技术研究

为了满足空间光通信精密跟踪的需求,在信标光路中保证光电探测器接收到的激光能量稳定不变,研制了满足大气环境下动态光强稳定装置。对该装置所采用的基于液晶的高帧频相机动态调光技术进行研究。通过与传统机械调光、电子快门调光相比较,验证基于液晶的高帧频相机动态调光技术的可行性。结合空间光通信系统的特点,阐述基于液晶的动态调光原理。介绍了基于液晶的动态光强稳定装置系统组成,给出实验数据和结果。结果表明:采用液晶光束衰减器对高帧频CCD相机进行动态调光,可以实现在无机械运动部件条件下对信标激光能量进行自动控制,从而保证探测器接收到的激光能量稳定。因此在空间光通信中,基于液晶的高帧频相机动态调光技术是可行的,而且有着广阔的应用前景。     

Scanning Measurement Method of Dispersion Mini-spot by Quadrant Photodetector

Quadrant photodetector is a new type position detector, which has already been applied to many fields such as measurement, target tracking, control, laser collimation, guidance, etc. System performance is related to laser spot area received by the quadrant photodetector. The optimum linear output signal of system is gotten only when the size of laser dispersion spot is well-proportioned to the detector photosensitive area. A method to measure the mini-spot received by detector and to adjust it in real time is presented, which is based on the quadrant geometrical and optical structure, making use of tilting mirror scanning, the sequence output signal of detector is gotten, then measurement model is built with rate of signal change as characteristic variable, the radius of the laser dispersion spot and adjustable value of dispersion are calculated. The experiment result shows that the maximum error is 0.58μm in measurement range of 0.5mm±0.1mm.     

长波红外激光目标仿真中拖尾现象的消除方法

目标仿真是一种能够降低武器测试时间与成本的技术。使用长波红外激光器投射光斑到屏幕上进行目标仿真时,往往会在屏幕上产生拖尾现象,使点状目标难以在屏幕上保持原有形状,严重干扰对目标的精确识别,降低测试精度。通过理论分析了激光功率、激光斑移动速度以及屏幕材料等因素对拖尾的影响,并通过系列的对比实验进行验证。首先,在相同的激光斑移动速度下,激光功率越高,拖尾现象越明显;其次,在激光功率相同的条件下,激光斑移动速度越慢,拖尾现象越明显;最后,不同的材料对10.6 m激光的吸收能力有很大的差别,散热性能越差,拖尾现象越明显。结果证明:采用根据激光斑移动速度实时调节激光功率以及使用适当热物理性质的屏幕材料的方法,可以有效消除和减轻拖尾现象。     

点阵式远场激光光斑监测系统的设计与实现

介绍了一种采用光电探测器点阵监测激光远场光斑的形状分布和激光脉冲时序的方法及其系统的实现。系统可实时监测光斑的形状和形心位置及激光脉冲的绝对时和相对时，激光脉冲发射时间测量精度优于0．2μs。在对激光目标指示器等远场激光照射器的性能评价和激光通信中的远场激光信息场的测量中有较大实用价值，并对大面积的激光光斑的测量有重要的参考价值。     

扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。