用于激光相控阵的阵列相位调制器研究

分析了相位调制器在激光相控阵中的重要性,提出了阵列相位调制器的设计思想.对退火质子交换(annealed proton-exchanged,APE)光波导折射率进行了理论分析,利用光束传输法仿真模拟了APE波导折射率分布和模场分布,优化设计了级联Y分支波导结构,实现了光功率的高均匀输出.基于铌酸锂晶体的电光效应,对影响半波电压的因素进行了分析,设计了长电极结构,理论上得到了低半波电压.基于退火质子交换工艺制作了阵列相位调制器,并对器件的光学特性和电学特性进行了实验测试,测得器件的插入损耗为6.83 dB,光功率输出均匀性为0.23 dB,4路半波电压分别为2.1、3.4、2.0、2.1 V.结果表明:该器件的制作有助于激光相控阵的集成化.     

飞秒激光高效并行微孔加工技术研究

针对飞秒激光加工微孔过程中加工效率慢的问题,提出基于GSW算法的液晶空间光调制器的并行加工技术。利用液晶空间光调制器模拟光栅产生多光束的方法和迭代算法的原理,运用GSW算法计算10×10阵列和字符"H""B""U""T"微孔群的多光束全息图,将这些全息图加载到SLM中,利用CCD相机观察多光束效果,并在柔性电路板上进行加工实验。实验结果表明,本方法产生多光束数量可达100束,字符并行加工中光束均匀性超过0.73,加工微孔孔径尺寸偏差为1.34μm,多光束均匀性超过0.89。因此,此微孔加工技术是一种高效的并行加工方式。     

液晶空间光调制器相位调制精度的校正

随着光信息处理技术的不断发展,液晶空间光调制器被广泛应用,由于液晶空间调制器中液晶背板的空间不均匀性,入射波前引入了像差项,校正此像差对于提高液晶空间光调制器的相位调制精度至关重要。提出了一种测量液晶空间光调制器相位调制特性的方法,即相位与灰度之间的关系。采用斐索干涉仪,由干涉仪直接给出不同灰度对应的相位值,再通过矩阵运算,从而得到液晶空间光调制器的相位调制曲线。利用反插值法对相位调制曲线完成了线性校正,并生成输入灰度和驱动灰度的查找表(LUT)。测量结果表明,经反插值法校正后,相位调制曲线的线性相关度可达0.998 7,校正误差为0.13,该方法简单,易于实现,且结果有效,测量精度高。     

基于激光干涉的三自由度测量系统的理论分析

为了克服激光沿原光路返回产生激光回馈效应的影响,提出了一种以组合三反射镜为目标载体的三自由度测量方法,即三平面镜组合方法.它不同于平面镜或角隅棱镜作为目标镜的方法,既能使反射光线与原光线错开一定距离,保证反射光不会沿原光路返回,又能使反射光线保留目标测量对象的偏转信息.在实际测量过程中,一方面由于测量位移范围较小,测量光束与参考光束在测量过程中错开很小,不会影响干涉条纹的产生.另一方面考虑工作台偏转角度一般很小,对干涉条纹形状的影响不会造成对干涉条纹计数的破坏.实验应用结果表明,该方法适用于运动位移与偏转角度的三自由度同步测量.     

FPLL环路性能分析及优化准则

通过建立联合环路的数学模型,将锁频环(FLL)跟踪误差引入锁相环(PLL),能准确推导出二阶FLL辅助三阶PLL的相位跟踪误差公式.推导结果表明,锁频环辅助的锁相环(FPLL)跟踪误差与之前针对单PLL或FLL的研究结果有较大差别: 考虑加加速度动态效果时,FPLL环路相位跟踪动态应力误差为零;FPLL相位热噪声跟踪误差不仅包含PLL的热噪声,而且具有FLL的热噪声成分.另外,不同于对FLL或PLL单独作优化,提出一个FPLL的联合优化准则: 以FLL动态应力误差小于PLL快速捕捉带为约束,相位跟踪误差最小为目标,对FLL和PLL带宽同时进行优化.最后,数值仿真结果表明,所作FPLL的环路性能分析正确,推导所得误差公式准确;联合优化所得FPLL环路可稳定工作,同时获得相对单PLL更好的相位跟踪精度.研究结果有助于之后FPLL的精确设计.     

高速扫描摄影中光学偏转加速技术研究（英文）

分析并设计了一种新型的光学偏转加速装置,可以对入射光束偏转角度进行倍数放大.该装置利用曲面反射原理,当入射光束发生很小的原始偏转时,其反射光束随之发生偏转且其偏转角度被放大.可通过调节曲面反射镜的曲率来实现微小光学偏转角度放大1~2个数量级.该种技术主要用于非管扫描相机,比如转镜相机、电光晶体偏转相机及其他光学扫描器件,无机械装置,更适合小角度的电光偏转以及古斯-汉欣位移等光学偏转加速.     

空间激光通信AOT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪(APT)技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用.提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要指导意义.     

激光器频率的相位锁定

本文论述了两个CO_2激光器光外差锁相控制系统。设计该锁相环路的目的在于通过激光外差锁相系统把两个激光器的相位锁定到基准相位上。并通过其反馈控制系统,使一个激光器的频率能自动跟踪另一个激光器频率的变化,实现两个激光器之间的频率和相位自动跟踪。在激光稳频,激光雷达,激光通讯中得到广泛的应用。     

最优ZPETC在高精度直线伺服跟踪控制中的应用

高精度直线伺服跟踪控制系统中，为使输出响应能完整地跟踪输入指令，不仅要求输出与输入之间的相位差为零，而且要求幅值一致，通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器，补偿相位误差，但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能，提出一种基于L_2-范数优化的前馈控制器设计方案，通过选取适当的目标函数，设计出最优的数字前置滤波器(DPF).该方案在保持系统零相位误差的同时，改善了系统的增益性能，从而提高了跟踪精度，这一点已得到仿真结果的证明.     

基于模板匹配的人脸识别跟踪方法研究

在对运动物体的实际追踪过程中,由于目标运动方向不确定、背景环境复杂多变等因素,增加了动态目标跟踪的难度,所以用普通识别方法较难提取出目标特征,从而无法准确跟踪动态目标。提出了基于模板匹配的人脸识别算法,分析了基于方向梯度直方图(HOG)的人脸特征提取算法和基于欧氏距离的人脸识别算法,设计出了人脸识别跟踪系统。实验结果表明通过动态目标视觉检测以及PID控制的角度输出,该系统实现了对特定目标的人脸识别和跟踪。     

激光通信组网用捕跟机构设计

针对激光通信组网对多目标捕获和跟踪的需求,提出了一种基于旋转抛物面的多反射镜拼接式新型捕跟机构。首先探讨了激光通信组网的工作原理和过程,完成了捕跟机构设计,建立了反射镜驱动机构扫描捕获和跟踪两个阶段的运动学模型,并对模型进行了仿真,在此基础上,构建了室内原理试验系统,对捕跟机构的跟踪精度和交接效果进行了测试。测试结果表明：系统最终跟踪精度为22.14μrad（1σ）,交接过程中通信无误码,因此,本捕跟机构能够实现方位角范围360°、俯仰角范围30°一点对多点同时激光通信的要求。     

一种高稳定性次镜支撑结构的优化设计

空间光学设备通常具有大口径、长焦距等特点,支撑结构的稳定性对成像质量至关重要。以激光通信终端天线系统为对象,设计了次镜支撑结构,并通过有限元分析检验了设计的合理性和结构的稳定性。根据光学设计结果,针对次镜的设计要求,对不同设计方案进行了分析对比,选择了合理的支撑方案;对比并选择了合适的支撑结构材料,并以分析比较为基础设计了具体结构形式;设计了整体支撑结构并进行了整体模态分析和光学面型误差分析。分析结果表明,次镜支撑结构的基频300Hz,温升与重力作用下面形误差RMSλ/200,主次镜之间的角度变化量10",满足设计指标要求。     

免疫遗传PID汽车纯机械转向系统参数优化

以免疫反馈机理和遗传PID算法为基础,提出了一种免疫遗传PID算法.该算法的核心是将免疫反馈机理和遗传算法结合,并以ITAE性能准则为目标函数;将该算法用于汽车纯机械转向系统PID参数优化的过程中,并用Matlab仿真实验.仿真结果表明:基于免疫反馈机理和遗传算法的PID参数优化可以有效地提高汽车转向柱转角跟随转向盘转角的速度,缩短滞后时间,且使汽车机械转向系统具有较好的稳定性,其结果可为汽车电动助力转向系统的参数优化提供理论依据.     

稳健的特征空间基变换自适应波束形成

针对现有自适应波束形成器在阵元位置误差、幅相误差以及信号来波方向误差耦合时干扰抑制能力下降的问题,提出了一种稳健的基于特征空间基变换的自适应波束形成算法。首先,对导向向量中阵元位置误差、幅相误差以及信号来波方向误差的影响进行了建模;然后,通过利用真实信号子空间与导向矢量张成空间相同的特性,引入子空间距离的概念量化两个子空间相似程度,并构建出一个最小化空间距离的多维非线性优化问题;在此基础上,结合遗传算法与拟牛顿法的特点形成一种混合优化策略,在解除最优化问题后,得到信号子空间的一组非正交基;最后,将估计的信号子空间与噪声子空间组合为特征空间,通过对特征空间进行基变换提取出准确的干扰加噪声协方差矩阵,并对期望信号导向向量进行了修正。数值仿真结果表明：所提混合优化算法随着迭代数提高能够显著降低子空间距离,迭代数达到100次时,能够将子空间距离降低至1以下;在信号来波方向误差、阵元位置误差以及幅相误差同时存在,且输入信噪比为10 dB的情况下,所提算法的输出信干噪比与现有方法相比提高约14 dB。     

大跨度光伏跟踪支架结构风振响应特性研究

为研究大跨度光伏跟踪支架的风振响应特性,以某平单轴跟踪式光伏支架为研究对象,分析其动力学特性,采用谐波叠加法模拟脉动风速时程,通过时程分析方法对支架进行风振响应研究并考察平均风速、光伏板倾角以及风向角对光伏跟踪支架结构风振响应的影响。研究结果表明:光伏跟踪支架自振频率较低且分布集中;所有支撑组件中,檩条风致位移响应最大,主梁和立柱位移响应较小;檩条顺风向长度上位移响应具有不对称性,主梁横风向长度上位移响应与自身结构对称性一致;结构风致位移响应随着平均风速、光伏板倾角、风向角的增大而增大;负向风荷载作用下,光伏跟踪支架风振响应更剧烈,光伏板倾角从25°增大到35°时,支架的刚度会迅速降低,横向脉动风对主梁和立柱的位移响应影响很大。     

低轨预警卫星引导下的相控阵雷达搜索区域研究

在弹道导弹防御过程中,相控阵雷达在预警卫星的引导下能否快速捕获并跟踪目标是开展拦截的关键。该文针对低轨预警卫星引导精密跟踪雷达搜索探测弹道导弹的搜索区域确定问题开展研究。以美国STSS低轨预警卫星为研究对象,首先分析了双星联合观测时的探测精度,提出以定位误差克拉美罗界作为跟踪卫星的定位精度,进而研究了测量误差在不同坐标系下的表达式及传递形式。最后,结合相控阵雷达搜索方式,提出并确定了相控阵雷达在指向坐标系下的搜索范围。仿真结果表明,采用该文的分析方法将有助于减小相控阵雷达搜索范围,提高雷达搜索针对性。     

配置机械手的轮式移动机器人目标物体跟踪与抓取

针对配置机械手的室内轮式移动机器人目标物体识别、跟踪和抓取问题,采用一种目标物体识别和机器人定位的方法,利用一种基于模糊控制的轮式移动机器人视觉伺服跟踪控制的方法。针对机器人目标识别跟踪及抓取过程中受环境条件变化的影响,采用HSI颜色模型和基于阈值的区域分割的图像处理方法可以完成目标颜色物体的快速准确识别。基于云台摄像机角度信息的机器人小车目标定位方法和模糊控制理论,设计了模糊跟踪控制器,使机器人输出合适的线速度和角速度,能够实现机器人目标跟踪,使移动机器人趋近目标物体位置,并完成机械手目标物体抓取任务。仿真和实时实验结果表明：所设计的系统具有良好的目标物体识别、跟踪和准确抓取目标的能力。     

双臂空间机器人的固定时间轨迹跟踪控制

针对双臂空间机器人轨迹跟踪控制问题,考虑系统跟踪误差收敛时间易受初始状态影响,提出与初始状态无关的固定时间非奇异快速终端滑模控制策略. 基于固定时间稳定性理论,设计改进的固定时间非奇异快速终端滑模面. 该滑模面解决了终端滑模控制的奇异问题,使得系统跟踪误差在远离、接近原点时均有较快的收敛速度. 为了削弱滑模控制存在的抖振现象和提高趋近阶段的收敛速度,提出改进的固定时间趋近律,应用李雅普诺夫理论证明闭环系统的固定时间稳定. 以双臂空间机器人为被控对象进行对比仿真,结果表明,所提控制策略具有更高的控制精度、更快的收敛速度和更强的鲁棒性.     

相控阵子阵级和差多波束测角方法

针对大型相控阵多目标单脉冲测角问题,提出了一种利用和差多波束在子阵级实现多目标测向的方法.首先,通过合并阵元输出降低系统复杂度;其次,通过多套子阵级仅相位导向矢量和对称取反方式实现和差多波束;最后,只需获得方位及俯仰维法线斜率,就可估计任意指向波束内的目标二维偏角.与子阵级四指向和差测角方法相比,所提方法具有测角精度高和实现简单的优点.实测和仿真数据处理结果显示了方法的有效性和优越性.     

一种基于分形修正PID算法的弹上舵机控制器

针对某型号弹上舵机采用的小型稀土力矩电机与谐波减速器的组合结构方案,设计了一种基于分形几何度量变化率特征的增量比例-积分-微分控制器.该控制器考虑了谐波传动随速度波动和低阻尼特点,以提高舵机系统控制品质为目标,从传动过程在一定的尺度范围内具有参数自相似性的特征出发,利用了线性模型与分形模型所表达的规律性之间存在的固有互补性,用反馈信号短时分形维数估计舵机实际转角与电机驱动力之间的相背离程度,并利用这个估计函数修正比例-积分-微分输出值.实验表明,该舵机系统对25°阶跃响应时常数小于100 ms,20 Hz,±15°振幅条件下的频率响应相位延时小于20°,定位精度优于0.06°,半振荡次数小于两次.