基于快速反射镜的自适应控制算法研究

捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统是进行高速大容量激光通信的核心,在长距离激光通信中大气等外界扰动产生的光斑抖动严重影响了激光通信终端间的精确对准,大大降低了通信链路的稳定性和通信质量.为抑制光斑抖动造成的影响,提高对目标的跟踪精度,提出一种改进的快速反射镜(FSM)控制方法.分析了自适应控制和常规比例-积分-微分(PID)控制的特点,并论述了结合两种算法进行复合控制的优势,根据李雅普诺夫(Lyapunov)理论提出参考模型自适应PID控制算法,并对常规PID和参考模型自适应PID复合控制算法进行仿真分析和对实际光斑抖动的闭环跟踪实验.实验结果显示:自适应PID控制器获得的超调为2％,上升时间为3 ms,跟踪精度优于2μrad,全面优于常规PID控制算法.与传统PID控制相比,文中提出的控制算法对抑制光斑抖动具有更好的控制效果.     

基于FPGA的电流采集系统设计

在大气垂直探测仪干涉调制系统中,为满足摆动扫描电机驱动反射镜扫描时的稳定性要求,提出一种应用于空间遥感仪器的电流采集系统设计。在现场可编程门阵列控制下,使外围电路协同工作,实现对电机电流输出信号进行连续采样、存储及传输。实验结果表明,通过该系统采集获取的电流波形与理论分析相一致,并且具有较高的稳定性。     

双选信道下混合载波调制的均衡及优化

针对双选信道条件下基于加权分数阶傅里叶变换(Weighted-Type Fractional Fourier Transform,WFRFT)的混合载波调制(Hybrid Carrier Modulation,HCM)系统的干扰抑制问题,提出采用优化方法,使混合载波调制系统的性能达到最佳.首先在特定的双选信道下选择合适的均衡器及基带调制方式,然后通过对均衡接收后残余干扰及噪声的理论分析,建立优化模型,并采用遍历法,逐次扫描,寻找最佳的调制阶数,得到最优的系统性能.理论分析和仿真结果表明,在双选信道下,通过优化方法,得到了混合载波调制系统最佳的调制阶数(α),其最佳调制阶数系统的性能优于单/多载波调制系统.     

一种基于字符分割与字符识别的LPR方法

对车牌识别(LPR)系统中字符分割与字符识别方法进行探讨.根据车牌字符的特点,首先利用投影法采用水平扫描和垂直扫描进行字符分割,接着对字符图像进行归一化处理,实现对字符的完全分割.在此基础上,利用BP神经网络识别算法实现车牌字符的识别,从而提高系统的识别速度和识别率.数字仿真的识别结果验证了该方法的正确性和有效性.     

扫描反射镜性能测试方案设计及仿真

扫描反射镜微光电垂向位置测量系统的关键组件,可认为是整个光电垂向位置测量系统的关键。其本身性能的好坏直接决定了系统测量性能的好坏。截至目前,还未有一套独立的、成熟的、精确量化的测量装置,对扫描反射镜的性能进行测试。目前扫描反射镜的性能只能同分系统的性能耦合在一起进行判断,如果扫描反射镜存在问题,有可能到分系统测试阶段才能发现,造成了人力、物力、时间上的浪费。所以需要开发一套专用的测试装置。本文提出了扫描反射镜的测试方案,通过仿真初步验证了方案的可行性。同时,总结了在仿真中遇到的问题以及对下一步研究的展望。     

基于广义函数投影同步的混沌保密通信研究

针对已有的混沌广义函数投影同步保密通信的局限性,研究了基于广义函数投影同步和参数调制的混沌保密通信问题。把混沌参数作为一个状态变量,将信息信号经过函数变换后调制在混沌系统的不确定参数中,通过构造参数自适应率与非线性控制器,实现混沌系统的广义函数投影同步与参数估计,在接收端通过参数辨识和反函数变换实现信息信号的解调。以电阻电容电感分流的约瑟夫森结(RCLSJJ)混沌系统为例进行数值仿真,仿真结果表明改进方法可成功辨识出系统的未知参数,从而快速有效的恢复出调制在参数中的信息信号。     

视觉技术在坦克火炮运动参数测量中的应用

为准确、便捷地测量坦克火炮运动参数,设计了一套基于视觉检测技术的测试系统。首先利用平面标定法对系统成像模型进行标定;然后基于迭代寻优的思路,采用动态阈值对光斑图像进行分割,并利用最小二乘法进行圆周拟合,结合光斑的几何特点进行光斑有效性判定,进而迭代获取最优的定位结果;最后结合光斑在投影靶标上的运行距离和时间,获得坦克火炮运动参数。实验结果表明,测试系统能够适应复杂的光照环境,满足对测量精度、重复性、便捷性的要求。     

光斑跟踪测控系统的研究与实现

基于事件驱动的队列状态机,开发一套光斑跟踪计算机测控系统。在光路末端使用CCD相机完成激光光斑图像采集的基础上,对光斑图像进行边缘检测,利用重心法解算出光斑质心坐标;将光斑质心坐标与理想标定点之间的偏差转化为控制信号,发送至四路电机,驱动光路中两台反射镜动作,实现对标定点的跟踪。实验结果表明,该系统运行可靠,能通过调节边缘检测算法中的高低阈值,适应不同强度的光源,准确解算出光斑质心,完成对标定点的有效快速跟踪。     

硒鼓的常见问题及解决方法

一、输出纵向有规则的白带(条) 可能故障原因: (1)墨粉即将用完,在磁辊的局部已没有墨粉(一般在样张靠中间部分); (2)光束反射镜被墨粉等脏物污染; (3)扫描光路被异物遮挡.     

扫描反射镜的支撑与面型精度的静力学分析

航空相机的扫描反射镜在自重和温度变化条件下,会产生反射镜支撑结构和反射面的应力变形,必须对结构作受力分析.利用MSC/Nastran,MSC/Patran有限元分析软件,首先建立了反射镜支撑结构的有限元分析模型,并在此模型的基础上对比分析了刚性支撑和柔性支撑的面型精度,结果表明柔性支撑明显减小了反射镜的变形,达到了面型精度;最后分析了反射镜在固定空间位置时随温度的变形,以及在不同空间位置时,随温度的变化和在自重条件下的面型变化,分析得出:在扫描反射镜不同的工况中,反射镜均满足面型要求.以上分析表明,此反射镜的柔性支撑结构的设计,消除或减小了反射镜内的应力和变形,达到反射镜面型的变化不能大于[PV]=63nm的预期目标.     

基于转镜扫描的狭缝尺寸测量系统研究

在现代工业检测中,很多地方会对狭缝尺寸进行测量。为了高速高精度的测量狭缝的尺寸,介绍了一种能在线实时测量狭缝尺寸的系统。系统通过转镜旋转扫描整个狭缝,而后对通过狭缝的光线进行反射成像并进行处理,在不移动相机的情况下扩大了相机的测量区域。系统以机器视觉技术为基础,利用线阵CCD摄像机拍摄图片,通过数字图像处理技术进行数据处理。系统克服大部分测量设备难以实现在线测量、精度低、成本高等缺点。     

MOEMS微型二维扫描镜的建模与仿真

微型二维扫描镜是一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型偏转扫描装置,与传统扫描装置相比具有体积小、功耗低、扫描频率高等优点.给出了一种MOEMS微型二维扫描镜的设计方案,建立了二阶振动系统的动力学模型,推导了系统刚度和扫描频率的计算式,以及MOEMS微型二维扫描镜在两个方向上的最大偏转角.采用有限元方法对系统进行了模态仿真、谐响应分析和应力仿真,分析结果均符合设计要求,验证了该方案的可行性和理论模型的正确性.     

三轴稳定卫星扫描镜伺服系统的谐振抑制

本文针对三轴稳定卫星中的扫描镜伺服系统在运行时产生的机械谐振现象,采用在反馈回路中加入加速度观测器的方法抑制此类机械谐振.首先针对大惯量扫描镜伺服系统的机械传动结构建立研究模型,通过数学推导和仿真分析谐振产生的原因及谐振对系统控制性能的影响;然后采用加速度观测器方法,将观测出的加速度反馈到伺服系统电流环的前端对谐振进行补偿,并分析了噪声对观测器性能的影响与限制;最后的仿真结果表明,相比于采用陷波滤波器抑制谐振的方法,采用加速度观测器能更为有效地抑制三轴稳定卫星中扫描镜伺服控制系统中的机械谐振,并提高系统的控制性能,且设计的观测器对噪声具有良好的鲁棒性.     

基于微机电系统振镜的多频相移正弦结构光系统相位展开误差分析

随着增强现实和虚拟现实技术的发展,以及元宇宙概念的兴起,三维重建技术作为重要的内容获取手段得到了广泛的应用。其中,结构光重建技术以其高精度且不受物体表面材质纹理影响的特点,得到了研究者的重点关注。传统的结构光三维重建主要使用基于数字光处理的投影仪来投影编码图案,然而,数字光处理投影仪存在尺寸大、功率高、价格昂贵等缺点,限制了其在众多应用中的便利性。因此,微机电系统振镜因其体积小、成本低、帧率高等特点,在越来越多的三维扫描系统中,被考虑作为投影仪投影编码结构光。但限于只能投影单向条纹图案和存在红外激光器散斑效应带来的噪声的缺点,传统的基于三角测量方法并不适用。因此,该文采用相位-高度模型,搭建了基于微机电系统振镜的三维扫描系统。针对散斑效应引起的噪声,本文通过实验对比了基于微机电系统振镜常用的 3 种时间相位解包裹算法的抗噪性能。结果表明,多频层级法和负指数拟合法的抗噪性能较好,精度较高,而多频外差法的抗噪性能较差。该研究结果可为研究人员选择解相方法提供参考。     

基于激光三角法的同步扫描形貌测量传感器

为了克服传统的激光三角非同步物体形貌测量传感器,在深度方向的测量精度和横向测量视场相互制约的固有缺点,设计了一种新型的激光同步扫描物体形貌测量传感器.传感器以激光三角测量法为基本原理,通过所设计的光路系统,实现激光投射方向与相机成像方向的同步扫描.本文研制了基于高速旋转的十二面转镜和线阵CCD相机为主体的实验样机,实现了测量深度方向和横向视场的相互独立,并结合精密电控位移导轨和激光跟踪仪等搭建了实验系统平台.在传统非参数标定方法基础上,提出了一种适用于该传感器的映射标定方法,能够准确快速的标定该传感器.系统利用激光跟踪仪进行比对实验验证,结果表明:单点重复性小于0.07 mm,测量精度优于0.25 mm.测量传感器具有精度高、速率快、稳定性好等优点,对于物体表面形貌快速精密测量有着广泛的应用前景.     

一种扫描式热金属探测器的研制

为了满足自动化钢铁生产的要求,根据红外探测原理研制了一种新型的扫描式热金属探测器。对研制过程中扫描转镜的设计、光电接收器的选取、信号处理电路的设计原理做出了详细的分析,并给出了集扫描与聚焦系统于一体的柱面扫描镜的扫描角计算公式,为扫描系统的设计提供了理论依据。研制出的热金属探测器的视场角可达2°×20°,仪器的发现概率大于0.95,虚报率小于10-6,抗干扰能力强,该仪器能够在恶劣的环境条件下正常工作。     

A water-immersible 2-axis scanning mirror microsystem for ultrasound andha photoacoustic microscopic imaging applications

Fast scanning is highly desired for both ultrasound and photoacoustic microscopic imaging, whereas the liquid environment required for acoustic propagation limits the usage of traditional microelectromechanical systems (MEMS) scanning mirrors. Here, a new water-immersible scanning mirror microsystem has been designed, fabricated and tested. To achieve reliable underwater scanning, flexible polymer torsion hinges fabricated by laser micromachining were used to support the reflective silicon mirror plate. Two efficient electromagnetic microactuators consisting of compact RF choke inductors and high-strength neodymium magnet disc were constructed to drive the silicon mirror plate around a fast axis and a slow axis. The performance of this water-immersible scanning mirror microsystem in both air and water were tested using the laser tracing method. For the fast axis, the resonance frequency reached 224 Hz in air and 164 Hz in water, respectively. The scanning angles in both air and water under ±16 V DC driving were ±12°. The scanning angles in air and water under ±10 V AC driving (at the resonance frequencies) were ±13.6° and ±10°. For the slow axis, the resonance frequency reached 55 Hz in air and 38 Hz in water, respectively. The scanning angles in both air and water under ±10 V DC driving were ±6.5°. The scanning angles in air and water under ±10 V AC driving (at the resonance frequencies) were ±8.5° and ±6°. The feasibility of using such a water-immersible scanning mirror microsystem for scanning ultrasound microscopic imaging has been demonstrated with a 25-MHz ultrasound pulse/echo system and a target consisting of three optical fibers.     

一种新型的光纤垂直位移传感器研究

设计了一种由GRIN透镜和菱形光闸反射体构成的光强度调制的垂直位移光纤传感器。对系统的输出光强与垂直位移之间的耦合关系进行了分析,给出了理论计算以及仿真,结果表明:两者之间存在着良好的线性区间,系统的量程和灵敏度直接与菱形光闸反射体结构大小有关。整个系统具有结构简单、动态范围宽、灵敏度可调、抗电磁干扰等特点。     

一种新型光谱共焦位移测量系统研究

设计并搭建了一种光谱共焦位移测量系统。利用高斯拟合算法拟合每组实验数据,获取光谱响应曲线峰值对应的光波长值,采用Levenberg-Marquardt算法优化求解高斯函数的参数向量;利用双频激光干涉仪对系统进行标定,获得光波长和反射镜位移之间的对应关系;对整个系统作精度分析。实验结果表明:高斯拟合算法适合作为该位移测量系统的数据处理方法;用双频激光干涉仪对系统标定的方法能够准确定位反射镜的位置。该设计系统的测量范围为20 mm,测量精度为10μm,能够满足一定精度的测量要求。     

大型望远镜主镜位置采集系统设计

对大型望远镜主镜位置进行高精度实时采集是实现主镜位置控制,提高望远镜成像质量的前提.设计了大型望远镜主镜位置采集系统,包括位置采集模块和上位机软件.位置采集模块对位移传感器信号进行调理后使用24bit的ADC芯片ADS1259实现模数转换,采用DSP处理转换后的数字信号并与上位机通信,同时实现CAN总线组网;上位机软件使用python语言设计,实现主镜位置信息的实时处理和显示.经过测试,该系统的采集误差小于2μm,能够实现对望远镜主镜位置信号的高精度采集.