采用相位法的激光跟踪系统设计

为提高激光跟踪精确度,采用相位法改进激光跟踪系统,发射机采用正弦信号调制激光功率,接收电路采用四象限雪崩光电二极管(APD)检测激光回波,通过快速傅里叶变换(FFT)计算失调角,稳定平台保持视轴稳定,并根据失调角跟踪目标。失调角误差是跟踪误差的主要因素之一,与信噪比和数据长度成反比,系统通过滤波、高速采样提高测量精确度。仿真时载体扰动幅度为5°,信噪比为0 dB,干扰信号为目标信号的100倍,系统能准确识别目标,跟踪误差为0.033°,表明基于相位法的跟踪系统具有多目标、高精确度跟踪能力。     

基于四象限探测器的激光稳定集成化系统设计

为了提高激光光斑中心的定位精度,实现激光稳定输出的功能,提出了基于四象限探测器的激光稳定集成化系统。首先,根据四象限探测器的工作原理,对四象限探测器上光斑的中心位置和偏差量进行理论计算和分析,然后融合计算机信号处理技术和控制技术对四象限探测器信号进行闭环控制,并将四象限探测器和光学元器件集成在多轴笼式结构中,完成了激光稳定集成化系统设计。多次实验数据结果表明：该系统能100%完成对光斑中心的定位,稳定性达到94.74%,3次实验误差的差值最大为2.422μm。     

四象限探测器用于激光跟踪仪目标脱靶量测量

介绍了基于四象限探测器的激光跟踪仪目标脱靶量测量系统。根据四象限探测器的工作原理和跟踪激光的光斑特性,分析得出目标脱靶量与四象限探测器输出电流信号的关系为非线性。针对非线性关系不易快速解算的难题,文中采用了分段线性插值算法。使用高精度位移平台对测量系统进行标定并开展了测量实验。结果表明,该系统测量速度快,每秒测量次数可达600次以上;测量精度高,在±500μm量程范围内测量精度可达5μm。该系统可以广泛应用于需要微小位移测量的相关领域。     

基于FPGA的四象限探测器信号处理板设计

针对激光半主动导引头四象限探测器对回波窄脉冲信号高精度同步采样需求,设计了一款基于FPGA的四象限探测器信号处理板。该设计主要包括峰值检测模块、触发模块和FPGA模块。探测器前端板输出信号经峰值检测模块自动获取峰值电压后,由ADC实现模数变换,在FPGA内进行目标位置解算并形成制导指令上传至飞控板。其核心设计峰值检测模块,解决了窄脉冲信号峰值捕获的难题。实验表明,该设计输出波形稳定,且输出与输入具有良好的线性关系,最大相对误差小于4,通道一致性高于98,满足四象限探测器读出需求;与现有两款峰值检测模块进行性能对比,表明该设计性能表现良好。     

四象限光电跟踪技术中若干问题的探讨

本文对四象限光电跟踪技术中所涉及的若干问题进行了探讨。其中对误差数据提取的算法，目标回波在四象限光电探测器上敏面上形成的像斑尺寸等，影响较大的制约因素进行了较详细的计算分析，从中得到了一些有益的启示。     

基于四象限探测器的激光监听系统

为了减弱外界环境对激光监听技术的影响,该文首先分析对激光监听系统产生影响的主要因素。从系统接收端入手,采用四象限(4QD)光电探测器对声波震动产生的偏折角度出发推导大气环境下光轴检测系统中固有分辨精度与细分精度间的关系;然后通过分析4QD检测系统在大气环境下受到外界的约束条件,阐明了激光监听系统中采用4QD探测器作为系统的接收端具有更好的优越性。最后通过一个设计实例与监听试验验证了上述观点。     

四象限探测器在空间激光通信中应用研究

研究了不同模式光斑对四象限探测器(QD)工作的影响,重点分析了高斯光斑对探测灵敏度的影响。搭建实验系统用扫描偏转镜及辅助CCD相机完成了对其性能测试实验。实验表明,形心算法的检测精度为质心检测精度的5倍;在极限探测灵敏度下,QD只能实现二细分,采用平滑滤波可以改善其细分能力;在高信噪比条件下可实现位置分辨力为1.6μm,角度分辨率为0.8μrad。同时研究了不同光斑大小、不同强度背景光对器件的影响。     

基于位置探测器的激光跟踪系统设计

针对位置探测器在测量时,容易出现所得跟踪目标精度较低、很难实时反馈出被测对象的空间坐标信息等问题,提出基于位置探测器的激光跟踪系统设计方案。首先对四象限探测器角位置测量精度实施分析,根据探测器的光斑位置实际偏差获取主要噪声源,然后设计激光跟踪系统检测光斑位置,并通过低通滤波对信号放大处理,能够大幅降低噪声,提高信号的信噪比,最后运用补偿控制函数优化跟踪处理单元,根据四象限探测器检测目标位置,充分结合角速率和角位置信息,利用PID控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。实验结果表明:本文跟踪系统能够减少运算复杂度、跟踪目标精度较高、跟踪误差较小,具有较高实用性和显著优越性。     

四象限探测器测角算法分析与改进

四象限探测器测角误差是影响激光跟踪系统精度的关键,因此算法设计是提高跟踪系统跟踪精度的根本。首先分析了消除光学系统四象限探测器测角误差的几种算法,随后在不考虑非均匀性的影响下的条件下,提出了将插值法和传统算法相结合的一种改进算法,测角误差能控制在0.1°之内且容易实现。     

基于四象限探测器进行太阳跟踪的偏差分析

为了实现基于四象限探测器的太阳自动跟踪,首先分析了四象限光电探测器工作原理,并说明了选择四象限探测器的依据,介绍了使用四象限探测器进行太阳跟踪的装置,深入研究了太阳光斑几何位置与小孔光阑、四象限探测器安装位置可能存在的偏差影响,对四象限探测器与Ⅰ-Ⅴ转换电路系统进行了一致性分析,评价了一致性对跟踪精度的影响,最后介绍了跟踪时四象限探测器电压值存在偏差的原因和合理性.实验证明,基于四象限探测器的跟踪装置适用于高精度太阳跟踪.     

激光角跟踪误差来源分析

采用四象限雪崩管作为激光角跟踪的探测器,对影响激光跟踪精度的随机误差来源做了详细的分析,主要包括：探测器噪声、光斑噪声、大气湍流噪声以及后向散射噪声等,分析它们对系统跟踪精度产生的影响,并提出减小跟踪误差的方法。     

采用自抗扰控制的空间激光通信精跟踪系统

空间激光通信的视轴稳定是激光通信链路建立的前提。针对通信终端载体的非线性扰动和扰动模型未知造成视轴稳态误差较大的问题,设计了自抗扰控制方法,并采用模糊控制理论自适应调整非线性状态误差反馈控制律中的相关参数。实验结果表明,与自适应PID控制方法相比,采用模糊自抗扰控制方法可以有效抑制平台的非线性扰动,并且具有较快的响应速度与较强的鲁棒性,可以满足系统的稳态精度要求。     

光电跟踪伺服系统的研究

MSP430系列单片机已广泛应用于许多数字电子产品所涉及的领域。研究设计中将四象限探测器与MSP430系列单片机相结合,通过软硬件结合的方法能够实现目标的精准定位与跟踪。通过实验研究结果及分析,文中的设计思路能够有效地实现对目标的搜寻与跟踪。并且MSP430系列单片机的应用降低功耗也提高了开发效率,缩短了开发周期。     

在高精度要求下的激光导引头改进设计探究

本文介绍了激光半主动导引头的发展现状及其应用的前景,提出了采用双四象限探测器提取目标信号的方法,以及平台式稳定跟踪目标的导引头结构组成方案,并且讨论了激光半主动导引头在激光制导系统中的应用问题。由于导引头采用平台式稳定跟踪方案,加之激光的单色性好,光束发散角小,导引头抗自然干扰和人工干扰能力强,导引头精度大大提高,使得激光半主动导引头在制导武器中得到广泛的应用。     

双机之间激光通信ATP技术研究

机载激光通信系统中,激光光束的对准是通信能否进行的关键,采用ATP(捕获、跟踪和瞄准)技术来解决两机光端机的对准问题。主要进行了两机之间信标光捕获方法研究以及对跟踪和瞄准光学系统进行设计。给出了具体计算的原理方法和数学模型,同时对ATP系统的跟踪和瞄准精度指标进行确定。     

空间光通信精跟踪系统电路接口板设计

介绍了空间光通信精跟踪系统,提出了系统接口电路板的设计及扩展需求,进而设计了精跟踪系统接口电路板,并详细讨论了图像采集模块和DA模块的设计.上电测试了电路板接口板的相关功能,测试结果表明,CMOS相机输出时钟以及同步信号正常,DA模块工作正常,验证了设计的有效性.     

卫星激光通信端机跟瞄精度测试技术研究

卫星激光通信的核心技术是PAT技术,即瞄准、捕获、跟踪技术,而实现微弧度量级的跟瞄技术是其中的关键点和难点。通信端机研制完成后,需要对其各种胜能指标进行测试,跟瞄精度是其中的一项重要指标。按照一般测试原则,跟瞄精度测试装置的精度应达到亚微弧度,并达到几百赫兹的带宽。基于点光源、长焦距透镜、PZT器件、平面反射镜及4QD光电器件等,设计并研制了一套能完成通信端机跟瞄精度测试的装置。给出了测试的基本原理、测试方法、测试装置的结构以及元件参数设计,并推导了椭圆光斑时光斑质心定位算法。实验数据表明,所研制的测试装置可以达到3σ=0．37urad（100mm孔径）的测试精度以及优于250Hz的带宽。     

机载激光通信的重复自抗扰视轴稳定控制

机载激光通信的视轴稳定是建立激光通信链路的前提。针对通信终端载体的非线性扰动和扰动模型未知造成视轴稳态误差较大的问题,结合自抗扰控制与重复控制,提出了重复控制补偿自抗扰算法,以完全消除周期性稳态跟踪误差。仿真实验结果表明,与自适应PID控制方法相比,重复控制补偿自抗扰算法可以有效抑制平台的非线性扰动,提高了系统的稳态精度,并且具有较快的响应速度与较强的鲁棒性。     

基于FPGA的精跟踪控制系统的设计与实验

针对自由空间光通信精跟踪系统对小型化、智能化的要求,设计了一套以FPGA为处理核心的精跟踪控制系统,完成了对光斑的采集处理、补偿控制及相机的自适应控制等功能,并重点介绍了模糊自适应PID控制的原理及实现方法.最后,搭建了室内试验平台,对系统进行了评估.