高功率激光驱动器靶定位瞄准单元技术研究进展

靶定位瞄准单元是高功率激光驱动器的核心单元之一,承担靶位姿调整和激光瞄准等功能。结合装置定位瞄准精度要求以及物理方案的实施,通过光机电设计和调试可以实现靶定位瞄准单元的基本功能,满足高功率激光驱动器开展物理实验的要求。然而随着主激光路数的不断增多,多束激光的快速瞄准和高精度定位已成为发展靶定位瞄准单元的目标。综述了国内外高功率激光驱动器靶定位瞄准单元的研究现状,探讨了靶定位瞄准设计的普适性方法,并分析了靶定位瞄准单元发展过程中面临的主要问题。     

神光-装置的靶瞄准系统

详细描述了神光 装置激光聚变物理实验靶瞄准定位系统的原理和结构 ,提出了“空间坐标法”进行靶定位和靶瞄准 ,利用“离焦定半径”完成了激光调焦。并给出系统综合实验的初步结果     

机载热成象与激光指示器的动态校靶研究

机载光电瞄准跟踪火控系统，重要的是提高武器的命中率。而实战机动情况下，受环境、使用条件及内部热元件的影响所产生的校靶误差则是影响瞄准精度的主要因素。本文描述了一种适用于机载动态情况下瞄准系统中热成象传感器与激光指示器的校靶方法。采用一种自行研制的陶瓷材料作为靶标的基体，实现1．06μm激光到8－14μm红外热辐射的转换，利用原系统中的传感器与计算机完成投弹前的动态校靶。     

靶瞄准中的图像处理

给出了激光聚变实验中对亮度分布不均匀、边缘轮廓模糊的黑腔靶图像确定几何中心的一种方法：利用预处理消除图像噪音，提取图像特征值并用原始ＣＣＤ图像与特征值理论图像相关以精确定出黑腔靶几何中心。该方法计算准确、速度快，便于在实际装置中闭环连续处理图像，并适用于确定激光光斑的几何中心和光斑半径。介绍了该方法在神光装置靶瞄准中的应用及实验结果，利用图像处理，得到了５μｍ的靶瞄准精度     

外场激光可见光光轴检测装置

设计了一套大气环境下外场可见光、激光两光轴瞄准系统瞄准偏差测试装置,通过外场实验测得不同距离处测试装置的基准光轴的偏差。结果表明,2000 m距离上基准光轴偏差为4.5″,满足了多光谱多光轴动态瞄准偏差测试误差0.1 mrad（20.6″）的精度要求。并据此基准光轴在外场环境下对激光光轴相对于可见光光轴的瞄准偏差进行测试,实现了对光电瞄准系统外场瞄准偏差参数进行精确测量。     

高功率激光装置中的靶定位及束靶耦合技术研究进展

靶定位与束靶耦合技术是激光聚变实验过程中最为关键的技术之一,是关系整个激光聚变实验成败的重要技术。综述了从20世纪70年代至今较为有代表性的各高功率激光驱动装置的靶定位与束靶耦合技术方案,讨论了设计技术方案的基本原则,总结了已有方案各自的优势与缺陷,并对一些新方法进行了展望。     

基于OpenGL的3-CCD靶定位仿真系统

为了提高高功率激光装置中各组成系统调试阶段的工作效率,利用OpenGL图形软件建立靶了定位仿真系统,使得靶定位算法的调试和初步验证在实验平台等硬件条件尚未完善的情况下能够独立进行。利用模板匹配和3-CCD空间定位法对靶丸进行定位监测,并考虑姿态调整过程中由于靶杆长度引起的位置偏移,在算法中给予补偿。仿真系统不仅实现了目标靶丸、送靶机构等虚拟构建,还运用OpenGL成像技术实现了CCD仿真图像的采集。最后利用该仿真系统对靶丸特征检测、空间位姿计算、补偿式姿态调整等算法进行了调试。结果表明,通过相机监测可将靶丸由任意位姿调至目标零位,验证了该检测与定位算法应用于实际工程的可行性。     

基于主动红外视觉探测的激光跟踪仪目标跟踪恢复方法

为实现激光跟踪仪的自主快速跟踪恢复,提出了一种基于主动红外视觉的跟踪恢复方法。首先,对所采用的跟踪恢复原理进行了分析。其次,充分利用激光跟踪仪合作目标靶球的强反射特性,设计了主动红外视觉探测系统。该系统采用红外SLED作为主动光源,利用SLED大发散角、红外相机的视场角远大于激光跟踪仪PSD探测范围的综合优势,实现合作目标靶球的大范围主动探测。然后,对红外图像中目标的快速识别与定位算法进行了研究,提出了基于合作目标特征评分的快速识别方法。最后,构建了跟踪恢复系统实验装置,并在算法的处理速度与识别准确度、系统的跟踪恢复范围和跟踪恢复速度等方面开展了针对性验证实验。实验结果表明,算法的平均处理速度约为每秒28帧,同时95.4%的目标中心像素坐标定位偏差低于5个像素值;在合作目标靶球距离3 m的情况下,跟踪恢复系统能够在1.8 s内实现直径0.5 m空间范围内的跟踪恢复。     

光学瞄准及自动跟踪系统设计

为提高激光通信、激光制导、激光雷达等光电系统的工作可靠性及自动化程度,提出了光学瞄准及自动跟踪系统的设计方案.系统采用四象限光电探测器为前端探测单元,结合自动控制技术和精密步进系统,实现目标激光光斑的自动瞄准和跟踪.介绍了系统的工作原理,并对其进行了硬件设计和控制程序设计.经调试、运行证明,该系统方案可行、简单且易于实现,二维位移的跟踪控制精度可达10μm以下.     

基于空间光调制器的双目标同步光束跟瞄系统

传统的光束偏转技术由机械装置实现，然而机械装置具有机械惯性，会导致光束抖动。基于液晶空间光调制器（LCSLM）的新型光束偏转技术不仅能够克服机械惯性的缺陷，而且能够实现单光束输入、多光束输出，无需使用多个装置即可同时控制多光束偏转。为了实现多目标的光束跟瞄，本团队提出了一种基于多光束生成方法的多目标同步跟踪和瞄准方案，该方案将相机作为位置探测器，并使用LCSLM偏转光束对目标进行跟瞄。此外，本团队设计并搭建了双目标的同步光束跟踪和瞄准实验系统，当目标分别以2、3、4、5 mm/s的速度移动时，光束跟瞄的测量均方根误差分别为2.7045、5.6014、8.3823、11.9011μrad。此双目标跟瞄系统有望应用于激光通信网络的双光束跟踪中。     

用相关测量技术实现精确靶定位技术研究

介绍了一种高功率激光装置中用于X光实验的精确靶定位系统.该系统采用数字散斑相关测量的方法,其理论精度为0.01个像素。整套系统在实际运用中的误差小于8μm。该系统与计算机控制的步进电机配合使用,具有自动化程度高、大视场高精度和非接触性等优点。     

神光Ⅱ升级装置中靶室系统的稳定性设计与分析

从提高结构稳定性的基本理论出发,给出了神光Ⅱ升级惯性约束聚变(ICF)靶室系统的初始结构方案,并利用有限元方法(FMM)对其进行模态分析,找出靶室系统初始结构的薄弱环节,进而对初始方案进行结构稳定性优化,最后对优化方案进行稳定性分析.优化与分析结果表明,当靶室的壁厚T为50 mm,靶室支脚与垂直方向夹角θ为27.2°,支脚之间布置厚度B为20 mm筋板,筋板空间距离H为120 mm时,靶室系统可以获得很好的稳定性,随机激励作用下的平移均方根值为1.425μm,满足神光Ⅱ升级装置对靶室系统的稳定性指标.     

3．39μm双波长拍波干涉仪绝对测量大直径方法的研究

在介绍了３．３９μｍ双波长拍波干涉仪测量原理的基础上，提出了激光瞄准大型工件内外径测量点和３．３９μｍ双波长拍波干涉仪绝对测量大直径的新方法，给出了瞄准定位的实验结果，并对测量系统的误差进行了分析。分析表明：测量系统测量１０ｍ直径时，其测量误差小于０．０３ｍｍ。     

类锂硅离子软X射线激光实验研究

我们在中国科学院上海光机所六路激光装置取得初步实验结果的基础上,1989年8月10日至16日利用LF-12~#激光装置,成功地实现了复合泵浦类锂硅离子的跃迁波长分别为8.89nm与8.73nm的软X射线激光.在LF-12~#激光装置上进行的类锂硅离子软X射线激光增益实验中,驱动激光波长为1.05μm,脉冲宽度约为0.9ns,靶上的激光能量为50J(平均偏差<15%).输出激光经六单元组合柱面透镜-非球面透镜系统聚焦到条状平板硅靶上,产生作为X射线激光增益介质的线状高价离化态的激光等离子     

可编程逻辑器件在输电线路故障定位装置中的应用

文章简要介绍了基于单端信号的输电线路故障定位实验装置,重点阐述了该系统的信号处理方案和实现技术。在信号处理技术中,应用了复杂可编程逻辑器件,以提高定位的准确性。所开发的信号处理软件已经通过仿真和实验。     

压电式微定位机构及其控制系统的研究

研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位机构，给出了机构的动力学模型。结合检测装置和微机控制系统，设计并研制了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位系统。实验表明，微定位系统定位行程可达100μm，定位分辨力0．01μm。     

强场物理中超热电子能量沉积特性的实验研究

报道了在100 Tw超短脉冲掺钛蓝宝石激光装置上,完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的能量沉积实验,获得了靶后激光传播方向超热电子的能谱、产额、注量和总能量.结果表明,超热电子的注量和总能量随靶厚的增加而减少,超热电子约80%的能量主要沉积在靶内的前10μm,分析其原因是由于静电场的影响所致.     

光电瞄准式刀具预调仪研究

研究了一种基于CCD光电瞄准式的刀具预调仪,对系统组成、标定以及图像采集和处理作了论述,给出了实验数据。针对数控机床及加工中心中的刀具磨损,对被测刀具的刀尖角、刀尖圆弧半径和刃口情况进行测量。将其应用于数控机床,可大大提高其检测精度、加工精度,方便刀具的管理。实验数据表明,系统切削点瞄准定位精度优于±1μm。     

一种进行激光等离子体通道实验的设计

利用一束激光产生等离子体通道,进而使点火激光能顺利到达高密度区是快点火理论中实现点火的一个重要过程。提出了一种利用神光Ⅱ的二路装置产生通道的设计。该设计将其中一路长脉冲激光(350 ps,1.053μm)辐照靶箔产生等离子体,用另一路短脉冲激光(1 ps,1.053μm)在上述预等离子体中打通道,并将后者的一部分激光经分离和四倍频(0.263μm)后作探针光,采用Normaski型偏振干涉系统对通道等离子体电子密度分布进行干涉诊断测量的实验研究设计。     

基于双模块定位的超宽屏电子白板设计

本文提出了一种采用双模块定位的超宽屏交互式电子白板系统的整体软硬件实现方案,能够实现传统教学黑板4m*1.5m范围内精确定位和超宽屏书写。系统基于红外超声波进行定位,为提高测距精度,在软件上加入了多点校准算法保证定位的准确性。为了使两个接收器在中间定位重合的区域协调工作,解决在融合区笔迹坐标选择问题,结合实际提出了一种线性融合的思路。实验结果表明系统实现了超宽屏书写,并适合在不同材质上使用,其通用性强,可靠性高。