压电执行器动态迟滞建模与LQG最优控制器设计

为提高空间天文望远镜稳像系统中压电快摆镜(Fast Steering Mirror,FSM)的动态性能,对压电执行器(Piezoelectric Actuator,PZT)动态迟滞补偿和控制进行研究。鉴于基于广义Play算子Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的求逆复杂性和迟滞曲线的非对称性,构造一种基于广义Stop算子PI逆模型来补偿压电执行器迟滞非线性。采用Hammerstein模型对压电执行器动态迟滞特性进行建模,以广义PI模型和自回归遍历模型(Auto-regressive Exogenous Model,ARX)分别表征Hammerstein迟滞模型中的静态非线性和率相关性,并针对迟滞率相关模型不确定性问题,提出一种前馈补偿和线性二次型Gauss最优控制算法(Linear Quadratic Gaussian,LQG)相结合的复合控制策略。利用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution algorithm,ADE)辨识和整定模型及控制器参数。实验结果表明:该动态迟滞模型能够有效描述1～100Hz频率范围内压电执行器迟滞曲线,拟合均方根误差为0.077 1μm(@1 Hz)～0.512 3μm(@100Hz),相对误差为0.31%(@1Hz)～2.09%(@100Hz);实时跟踪幅值为24.5μm的变频目标位移,LQG控制算法的跟踪精度相比于直接前馈控制和PID控制分别提高48.6%和27.02%。     

长波红外相机在轨扫描成像畸变消除控制策略

为消除长波红外相机在轨扫描成像的地面畸变,研究了变焦扫描成像畸变消除系统控制技术。针对变焦扫描控制的多电机位置同步要求,提出一种高精度多电机位置同步算法。依据设计的变焦扫描成像控制原理,设定每个扫描时刻点变倍组电机和补偿组电机的同步位置。变焦控制系统实现与扫描控制系统的同步计时,根据当前位置和下一时刻的同步位置,每隔0.01s计算出电机的运行速度,实时对电机的速度进行控制。实验结果表明,变倍组和补偿组电机的位置同步偏差分别在±0.003mm、±0.002mm以内;沿轨方向地面分辨率的最大偏差不超过±0.047m。长波红外相机在连续变焦扫描控制过程中成像清晰,达到消除畸变的效果,满足变焦扫描成像的要求。     

计算机辅助装调的代理模型方法

用代理模型实现了一个新的失调量求解方法,可在较大失调范围内进行更为准确的求解。首先分析了基于灵敏度矩阵方法求解失调量的原理和局限性,提出了使用代理模型求解失调量的设想。在代理模型方法中,设定光学元件各个自由度对应的失调范围,对各自由度失调量进行大量的蒙特卡洛仿真得到充足的样本模型。然后从样本模型中提取失调量和残余像差数据,其中残余像差数据用Zernike 系数表示。对比三种不同的代理模型,选择用人工神经网络表示失调量与残余像差之间的非线性映射关系或统计关系。最后用一个离轴三反射系统模拟装调的例子,说明了如何建立代理模型,并根据当前系统的状态进行调整,表明了使用代理模型进行辅助装调的实用性和可靠性。     

补偿器设计中鬼像定量仿真分析

针对定性分析方法无法彻底避免鬼像影响检测的现象,在理论分析的基础之上,提出补偿器鬼像定量仿真分析方法.借助光学分析软件,在设计阶段彻底避免鬼像影响检测,并结合实例,说明定性分析方法的局限性,验证定量仿真分析方法的有效性.该分析方法为补偿器的设计分析提供定量分析方法,提高了补偿器研制的成品率,提高了补偿检验精度,对高精度补偿检验技术具有重要意义.     

改进型自适应分段的红外焦平面非均匀校正方法

制冷型红外焦平面探测器的响应非均匀性对其定量化应用产生很多不利影响。本文在对红外焦平面探测器像元响应特性深入研究的基础上,提出了一种的改进型自适应分段的红外焦平面非均匀校正算法。该方法主要在前人研究的基础上给出校正效果与分段校正阈值选择之间的定量化关系,从而降低了分段校正时阈值选择的盲目性。另外,该方法采用归一化直线作为校正的目标曲线,而非传统方法中采用分段目标曲线。文中首先分析了线性校正误差的来源,然后给出校正效果与分段阈值之间的定量化关系,最后给出校正方法的原理和步骤。在校正效果评价方面,本文使用局部非均匀性(LNU)来评价校正后的效果,该方法相对于传统的评价方法,更能体现校正后残差的局部特性。实验表明,相对于传统的多点校正法,该方法使用较少的参数量获得更好的校正效果,并且易于工程实现。     

一种基于自适应背景划分的点目标检测算法

针对含有部分复杂地面背景的空中点目标跟踪环境提出一种基于自适应背景划分(Adaptive Background-Division)的单帧检测算法.先求出图像的行灰度方差,计算表示灰度分布均匀性差异的划分背景方差比(RDBV),自适应地检测出天空背景边界以屏蔽地面背景;再进行基于空域滤波的单帧检测算法.实验结果表明该算法...     

基于神经网络的红外图像非均匀性校正

由于红外焦平面材料、制造工艺的差异以及多路模拟信号输出的电路设计等因素,红外探测器在面源黑体目标下像元的输出不均匀,针对同一辐射目标得到的响应也不一致。红外探测器像元间的非均匀性影响目标辐射探测的质量,也使得获得的红外图像不能很好地反应目标辐射特性。先对红外图像进行盲元检测和补偿,通过双边滤波方法获得像元期望输出值,利用随机梯度下降法的神经网络模型对红外图像进行非均匀性校正。实验验证该方法较基于标定的校正方法具有适应场景变化、效果好的优点。     

基于SRAM乒乓缓存信号完整性分析

为保证电子学系统运行的可靠性,分析电路芯片间传输信号的时序和质量至关重要。基于一块航天应用的图像数据压缩电路,在电路设计、调试过程中引入信号完整性设计方法学,对电路关键网络乒乓缓存电路进行信号完整性分析。在layout前利用Hyperlynx软件对电路进行前仿真得出FPGA的管脚约束和布局布线约束,在layout后利用Ansys软件对电路进行后仿真观察布线后信号波形和时序,电路板实际加工后测量信号的波形与仿真结果一致,电路设计一次通过,大大缩短了电路的调试时间,对类似设计有一定的借鉴意义。     

绝对式圆感应同步器粗精数据融合

为了在测角系统中获得绝对角度,需要对绝对式圆感应同步器的粗通道和精通道数据进行融合.提出了一种粗精数据融合方法,具体阐述了粗通道的角度补偿和精通道的周期修正,相对于传统的不对粗通道进行补偿的方式,该方法可以使得测角系统适应更加恶劣的环境,拥有更高的可靠性,试验结果表明,数据融合算法正确可靠,在高低温真空条件下仍然可以获得准确的绝对角度.     

基于光学滤波的水面弱纹理提取方法研究

水下潜体运动产生的内波反映到水表会形成一定的红外弱纹理信号,这使得利用红外遥感手段探测成为可能。但是这种纹理信号的对比度很弱,而且往往和振幅很强的背景杂波混在一起,给信号的提取造成很大困难。比较了已有水面弱纹理探测方法的优缺点,提出光学滤波的方法增强水面弱纹理信号的信杂比,使这种信号的提取更容易。基于非相干光学滤波的原理和特定信杂比评估弱纹理信号提取性能的方法,对不同特定频率信号的光学滤波方法采用信杂比进行分析和评估,然后在此基础上,针对特定频率的信号优化了相应的非相干光学传递函数,通过仿真和实验验证了该方法的可行性,同时表明优化的双孔径非相干光系统对弱纹理模型和信号具有较好的提取能力,该优化的系统可以得到7%以上的信杂比增强,再结合后续的数字对比度增强技术可以进一步有效提高对弱纹理信号的提取能力。