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".     

新型快速反射镜伺服系统设计

为了满足光电跟踪系统高精度跟踪的要求,针对一种新型内外框架式快速反射镜进行了详细的伺服系统设计。首先,对新型快速反射镜进行了数学建模,采用速度环与位置环相结合的双闭环控制方法,对位置校正环节和速度校正环节进行了参数设计。其次,以DSP 为实现平台,详细阐述了快速反射镜伺服系统的硬件组成。再次,对快速反射镜伺服系统的工作模式和软件工作流程进行了详细说明。最后,为了验证快速反射镜伺服系统的性能,进行了锁零实验和跟踪实验。实验结果表明:快速反射镜锁零时响应快速且稳态误差小于0.3,跟踪时跟踪误差均方根小于7。新型快速反射镜伺服系统能够满足光电跟踪系统对快速反射镜的快速性和高精度要求。     

高能激光系统中的二维快速控制水冷反射镜的结构

在高能激光系统中,对发射的高能激光束的光束质量进行精确控制十分重要。本文介绍了一种应用于高能激光系统中的新型二维快速控制水冷反射镜,既可实现精确控制激光发射和接收光轴的方向,对光束整体倾斜方向进行校正,又可实现减小镜面热畸变提高光束质量的功能。该反射镜具有质量轻、转动惯量小、行程小、谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小等优点。试验测试结果表明,二维快速控制水冷反射镜的设计合理,具有应用推广价值。     

扫描干涉场曝光光束自动对准及其收敛性分析

光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一,两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况,推导了存在耦合时对准算法的收敛条件,并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出,装调误差降低了光束对准系统性能,甚至导致对准算法发散,通过调节光路中反射镜M_2和解耦平面的距离L_2与反射镜M_1和解耦平面的距离L_1的比值L_2/L_1可以优化系统的收敛性能。实验结果表明,当L_2/L_1较大时对准系统调节性能较差,收敛速率较低;当L_2/L_1较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置,有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。     

基于激光泰曼干涉仪的角锥反射镜误差测量

推导了干涉法测量角锥反射镜的综合偏差与其二面角误差之间的关系,总结了干涉法测量角锥反射镜干涉图的特征与判读规则,并搭建激光泰曼—格林干涉仪对待测角锥反射镜进行了实测分析.实验结果表明,该理论方法和激光泰曼—格林干涉仪能够实现角锥反射镜二面角误差小于1″的精确测量.     

两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计

为了预测并确认结构设计阶段快速反射镜系统的频率特性和时域性能,对一种两轴柔性支承快速反射镜进行了结构控制一体化研究和测试。提出了一种新型柔性支承结构,根据激光系统光束传输要求的快速反射镜指标,设计了快速反射镜系统的主要结构参数;研究了系统的动态数学模型,确定了闭环系统的控制方式和控制参数;建立了系统摆动部分的刚柔耦合模型,获得了结构非线性模型,基于非线性模型对控制系统和运动系统进行了联合仿真测试。联合仿真结果显示,系统在运动方向的谐振频率为54 Hz,与有限元和理论计算结果的误差均为3.8%,系统位置闭环带宽为203 Hz,符合设计要求。时域输出结果显示,系统的超调量为3.5%,调节时间为10 ms,与理论计算结果的偏差分别为3%和5 ms。     

基于FPGA硬件控制平台的单模光纤自适应耦合技术

提出了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件控制平台将空间激光耦合至单模光纤(SMF)的自适应耦合技术。将自适应光纤耦合器作为激光接收器件和像差校正器件,使用基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的FPGA硬件控制平台实现SMF端面对聚焦光斑的自适应跟踪,算法的双边迭代速率达到了3kHz。实验结果表明,该控制系统可补偿SMF接收端面最大约9μm的静态对准偏差(对应空间光束的最大可校正静态角偏差为600μrad),对于模拟大气湍流造成的耦合效率下降具有150Hz的校正带宽。     

拍瓦装置皮秒测量系统立体空间激光光路的快速自动准直

拍瓦激光参数诊断过程中,为满足单脉冲信噪比测量仪中周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体对光束偏振态的要求,皮秒测量平台的光路排布中采用了立体空间分布结构。针对单脉冲信噪比测量仪快速精确的在线准直要求,推导出马达调整的4×4维线性矩阵的数学模型算法,实现皮秒测量平台立体空间激光光路的快速精确准直。实验结果表明,该准直算法能够保证马达调整3次以下,准直时间2 min以内,实现近场准直精度小于0.16 mm,远场调整精度小于0.17 mrad。满足信噪比测量对准直精度和准直时间的要求,使得信噪比信号获取成功率由10%提升到90%,保障拍瓦激光信噪比实验结果满足总体要求(大于106)。     

激光自动对准系统中快速反射镜机构研究

针对激光自动对准系统,开展了快速反射镜机构研究.利用2个直线步进电机,分别驱动2对楔块,通过楔形摩擦副实现快速反射镜的两维转动,应用楔块角度自锁,实现快速反射镜对光轴的精密调整和精度保持.为保证激光对准系统工作时,对准激光经快速反射镜后能始终返回CCD视场内,确定快速反射镜的工作转角范围:方位为±6.975′,俯仰为±...     

快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制

为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。     

基于激光雷达测量技术的集装箱卡车定位系统

为了实现港口堆场作业自动化,迫切需要一种快速准确的集卡定位系统.针对此需要设计了一套由运动控制卡、步进电机和2-D激光雷达组合而成的3-D激光雷达扫描系统,采用了一种多个3-D激光雷达系统协同工作的工作方式和与之相适应的改进的ICP数据处理算法以及先粗后精的分级定位方法.该系统工业性试生产的结果表明,装卸效率达到80TEU/h,精度控制在了5mm以内,首次实现了无人驾驶轨道吊车对集卡的快速准确定位.该系统对于其它领域的大型部件的检测定位也有非常重要的意义.     

大气成分临边探测光谱仪摆镜控制系统设计

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱 仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验 平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15′′ , 最大偏差小于 19.6′′ , 最小偏差小于 7.46′′ , 满足工程预研阶段的主要指标要求。     

一种长距离串行通讯的设计和应用

长距离通讯对分布式控制系统实现远程控制具有重要意义,文章介绍了了一种长距离通讯方式及在具体装置上的设计过程和实际应用,并对软、硬件配置进行了说明。实验证明该系统可以在ＰＣ机上直接控制有效范围１２００ｍ内的对象,具有控制准确、传输距离远、误差小、速度快、易于操作、控制对象切换方便、主站通讯界面友好等特点。     

Research on Improving Directional Stability for Airborne Laser Designator

The major purpose of this paper is to reduce the laser directional deviation of laser designator on a moving platform.A new method of inhibiting the laser beam positional error caused by platform movement and vibration is proposed.In this method,quadrant detector(QD)and fast steering mirror are combined to measure the angle between laser designator axis and the line-of-sight of the target,then a control signal composed with the angle errors is generated to aim the axis of the laser designator at the target ...     

一种便携式光电自准直系统设计

采用面阵CCD工业相机接收光学系统图像,设计了一种便携式光电自准直系统,从系统组成、工作原理、硬件和软件分别阐述了设计的方案和实现方法。通过FPGA和ARM嵌入式芯片实现了图像数据的采集、存储、计算并且利用液晶屏实时显示图像和坐标位置信息。系统可进行绝对和相对测量,以及采集和保存双轴角位移信息。实验结果表明,系统具有速度快、精度高、自动化、数字化强的特点,并且整体上便携,实用性强。     

基于ATmega32的遥控采摘机器人设计

针对机器视觉采摘机器存在的技术不成熟,成本过高等不足,提出采用人工操控的半自动采摘技术,并进行了探索研究。设计了一款模拟采摘机器人,机器人以履带底盘为基座,三自由度机械臂,红外遥控操作。硬件电路以ATmega32为系统控制核心,采摘机器人的动作采用BL35P12为核心红外遥控控制。系统软件基于AVR Studio4开发环境,实现对机械臂运动的全方位精确控制。采摘机器人采用模块化设计,抓取速度快,成本低,易于实现,可扩展性强。     

用于激光气体同位素探测的多通池温度控制系统研制

采用激光吸收光谱法可实现气体同位素丰度的探测,由于待测气体吸收线的吸收系数会受待测气体温度的影响,将直接影响气体同位素检测系统的精准度和稳定度,文中设计并研制了一种高精度的多通池温度控制系统。硬件方面,采用高精度PT1000铂电阻温度采集电路与聚酰亚胺电热膜加热装置,构成了一个完整的闭环温度控制结构。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法对比例、积分、微分三个系数完成整定。针对被控对象结构复杂响应较慢引起超调量大问题,采用积分分离比例-积分-微分控制算法,使温度控制快速且无超调。利用该系统进行温度控制实验,实验表明:温度控制范围为18~42℃,温度控制精度达到0.08℃,稳定时间位15 s,该系统具有精度高、响应快速、无超调的优点,为激光气体同位素探测提供了可靠保障。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

A scanning spherical tri-reflector antenna with a moving flatmirror

Spherical reflector systems can achieve pattern scanning without rotation of the main reflector through the use of multiple subreflectors that can move. Also, two subreflectors can be shaped to correct for spherical aberration and to control the aperture distribution on the spherical main reflector. In a previous paper (see ibid., vol.41, p.778, no.6, 1993) we introduced a method that offers both aperture phase and intensity control and scans the main beam without an accompanying movement of the illuminated area over main reflector. The method can overcome the poor aperture utilization problem common in spherical reflector antenna systems; however, it requires motion of the entire subreflector system, including the feed, during scan. In this paper we discuss a method that does not require motion of the subreflector system during scan. This method employs a flat mirror that creates a virtual image of the subreflector system. The motion of the subreflector system in the previous design is replaced by the motion of the virtual image that is controlled by the motion of the flat mirror. The new design offers simplified mechanical motion, while maintaining beam efficiency performance comparable to that of traditional spherical tri-reflector scanning antennas, but with some sacrifice in aperture efficiency and cross-polarization performance