激光大气传输倾斜校正系统

在目标跟踪系统中,由于大气湍流的影响导致光波振幅和相位的起伏.为了能够精确地跟踪目标,首先必须消除大气湍流造成的光斑抖动.文中主要介绍了一种基于压电陶瓷(PZT)的激光大气传输倾斜校正系统,系统由两部分组成:探测系统和校正系统.探测系统使用可以直接探测光斑重心位置的位敏传感器(PSD);校正系统使用压电陶瓷驱动的高速倾...     

高速倾斜镜建模与传递函数辨识

为了在光束稳定控制系统中更好地对高速倾斜镜（FSM）实现稳定、精确地控制,对于由超磁致伸缩材料（GMM）作为位移产生元件的高速倾斜镜,根据GMM 材料的特性和倾斜镜的运动机理,经推导建立了倾斜镜的传递函数模型,并结合实测的倾斜镜幅频和相频响应特性,在Matlab 软件中利用Levy 法对倾斜镜的传递函数进行了辨识,得到了精确的倾斜镜传递函数。与实测结果相比,在中低频段,幅度辨识误差在0.3 dB 以内,相位辨识误差在5以内,结果表明:通过理论推导建立的倾斜镜模型是合理有效的,对于改善该倾斜镜在应用系统中的稳定性和精度提供了依据。     

时变湍流对动态移动光斑定位精度的影响

为了研究时变湍流对跟瞄过程中动态平移的光斑定位和跟踪精度的影响,采用改进的逆傅里叶变换方法构造了体现大气湍流特性的随机相位屏,模拟仿真分析了不同强度时变湍流影响下光斑动态平移时探测器感受到的光斑质心与光斑实际质心之间的跟踪偏差、定位偏差与光斑在探测器上位置之间的关系,以及湍流强度对光斑质心定位精度的影响,给出了统计偏差曲线。结果表明,在时变大气湍流的影响下,光斑整体动态平移过程中实际质心的移动距离与接收端探测器感受到的光斑质心移动距离存在一个跟大气湍流强度成正比的偏差。动态平移过程中光斑质心的平移跟踪偏差与定位精度、大气湍流强度以及光斑在接收终端探测器上的位置有关。     

舰载无线激光通信系统中的跟踪技术研究

讨论了舰载无线激光通信系统的跟踪技术,其中粗跟踪采用步进电机驱动两轴回转平台来调整光学天线以捕获跟踪信号;精跟踪则采用面阵CCD进行精确跟踪,同时其CCD上的光斑定位采用重心计算方法进行定位,并由计算系统给出光斑的移动速度、移动方向及其预期将产生的变化,从而给出驱动指令来调整两轴快速倾斜镜和两轴回转平台,最终保持对整个通信过程中信号的跟踪。     

空间光通信中精跟踪控制器的设计

精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法.引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强.可有效解决稳定性与准确性的矛盾.实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求.     

空间光通信中到达角起伏抑制研究

本文针对激光在湍流大气中传输时引起到达角的起伏,降低空间光——单模光纤耦合效率问题,提出采用FSM精跟踪控制系统能有效抑制大气湍流引起的到达角起伏扰动。由于到达角的起伏不确定性和PZT驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,精跟踪伺服系统设计中采用三层结构BP神经网络自学习方法,在线调整PID控制器的系数,通过PZT驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到到达角起伏抑制。通过16km链路的空间光通信实验表明:光斑质心坐标基本成正态分布;抑制到达角起伏后,最大起伏幅度抑制了78%和起伏均方差减少了十分之四,光纤耦合效率提高了6倍,光功率相对波动幅度明显减小。     

基于随机并行梯度下降算法的湍流像差校正仿真

随机并行梯度下降(SPGD)算法可不依赖波前探测直接优化系统性能指标来校正畸变波前.建立了基于随机并行梯度下降算法控制的61单元湍流校正仿真模型,实现了通过该算法控制倾斜镜和变形镜对湍流引起的像差的校正.结果发现,该算法能够找到补偿湍流像差所需的倾斜镜和变形镜的最优面形.采用SPGD算法控制,倾斜镜校正后,远场光斑质心...     

云南天文台1.2m望远镜61单元自适应光学系统

云南天文台1.2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用.该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成.为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用于校正望远镜的跟踪误差和大气湍流引起的倾斜跟踪误差.高阶校正回路主要由一套哈特曼波前传感器、一块61单元变形反射镜以及一套高速数字波前处理机组成.系统中哈特曼波前传感器的工作波段为400～700 nm,系统成像波段为700～900 nm.在介绍61单元自适应光学系统各组成部分的基础上,对该系统的性能进行了分析,并给出了实际天文恒星目标的高分辨力自适应光学成像观测结果.     

压电倾斜镜精密跟踪控制技术研究现状与发展

研究了广泛用于空间激光通信、自适应光学、目标捕获跟踪等领域的压电倾斜镜光束跟踪控制技术。考虑到压电倾斜镜光束控制系统易出现跟踪精度不高、闭环带宽有限,甚至不稳定等问题,亟需对控制系统跟踪精度和动态响应性能等方面进一步研究和探索。首先介绍了国内、外压电倾斜镜的研制及其控制系统的构成,然后综合讨论了迟滞、谐振、其他干扰等限制压电倾斜镜跟踪性能提高的关键因素,并对各种方法进行了分析和比较。研究表明,目前多数研究结果只实现了部分性能的提高,缺乏对存在问题的系统性研究,尚难以在较宽的频带内实现压电倾斜镜(PFSM)高精度稳定控制。该文指出,采用系统化建模和现代智能控制算法是进一步提高压电倾斜镜控制系统综合性能的发展方向。     

径向阵列艾里涡旋光在倾斜大气湍流中的漂移特性北大核心CSCD

采用等Rytov指数间隔多相位屏法来模拟径向阵列艾里涡旋光束(RAAVB)沿倾斜路径通过大气湍流时的光斑质心漂移。对比并分析了拓扑荷、天顶角、湍流外尺度和涡旋离轴距离对光束漂移的影响。结果表明:光束在倾斜大气湍流中传播时,相同条件下,CAAVB的漂移现象比阵列艾里光束受湍流影响更小;相比于天顶角和湍流外尺度,拓扑荷对光束漂移现象影响更大,光束漂移随拓扑荷的增大而减小,随天顶角和湍流外尺度的增大而增大;离轴型RAAVB的漂移现象比轴上型更严重,且漂移随着涡旋离轴距离的增大而增大。     

自适应光纤光源准直器的结构设计

设计了一种可以快速高精度调节光纤准直激光束发射角度的自适应光纤光源准直器.该器件利用双压电驱动器控制光纤端面的位置,通过准直透镜实现出射激光束的准直.建立了自适应光纤光源准直器的物理模型,通过理论分析得出了光纤端面的偏移与器件结构参数的关系.研制了一个器件,并对其光纤端面偏移量、谐振频率等进行了测试.实验结果表明,理论...     

万向柔性铰链连接快速反射镜的设计与仿真

在高能激光武器系统中,快速反射镜作为光束指向控制的核心器件,对提高毁伤效能起到关键作用。针对扩展高能激光武器系统光束指向范围的战术需求,设计了一种万向柔性铰链连接快速反射镜系统。研究了各组成单元对快速反射镜系统性能的影响因素,分析了单自由度单音圈电机驱动反射镜设计方案的可行性。在此基础上给出了音圈电机和光栅测微仪的设计依据,进行参数设计,推导了万向柔性铰链的柔度表达方程,并验证了万向柔性铰链的弯曲强度。仿真结果表明,快速反射镜系统具有3.3的运动行程,一阶谐振频率达到了231.04 Hz,满足了大行程、高带宽的设计要求。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

快反镜在高功率连续激光辐照下的热性能分析

为了研究高功率连续激光辐照过程中快反镜的热性能变化问题,文中利用多物理场仿真分析软件建立了融凝石英（fused silica）、微晶（zerodur）、碳化硅（SiC）三种材料制作的快反镜传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过泽尼克多项式算法对高功率激光辐照快反镜热应力下的光学波前进行拟合。研究结果表明:在同等激光功率辐照条件下,微晶材料制作的快反镜温升最小,形变最小。根据仿真结果优选微晶作为快反镜镜体材料,基于泽尼克多项式对快反镜波前热畸变进行仿真分析,计算得到波前热像差以活塞、球差、离焦等为主导,可为波前校正工程应用提供理论参考。     

一种共光路自动对准系统

强激光发射装置和光电跟踪系统中,光学器件多,光路复杂,光学机械零件位置的相对移动会使光轴平行度偏离,为此提出一种共光路自动对准系统.基于对准原理,利用激光发射光路,建立上、下行基准光束,使之分别与系统轴系、出射激光平行,并且通过自准直CCD测角仪测出上、下行光路的角偏差值,控制信号驱动快速控制反射镜,使快速控制反射镜两轴转动到角偏差为零值,实现发射激光与一级扩束系统对准及一级扩束系统与跟瞄系统之间的精密自动对准.实验结果表明,对准后的光轴平行度为5.21",快速控制反射镜的闭环精度不大于5".     

基于PI逆模型的快速微摆反射镜的开环控制

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性,影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制,采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先,采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型,通过最小二乘法辨识PI模型的参数;其次,基于PI模型的可逆性,求解PI逆模型参数;最后,验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据,在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%,最大误差为2.45%;在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%,最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的,能够有效地控制快速微摆反射镜。     

Design,simulations and experimental investigations of a compact single mirror tip/tilt laser scanner

In this paper, we present the design aspects of a compact tip/tilt, fast steering laser scanner. The scanner is composed of one single mirror with a large active area, driven by linear electromagnetic actuators. The suspension of the mirror is based on a cone-ball bearing. Designing such a scanner requires a multi-disciplinary approach of the optics, mechanics, electromagnetic and control theories. Experimental results are presented as well to demonstrate the performance and effectiveness of the scanner developed. These results also serve to verify the analytical and simulated results.