摘要：为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明:该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。

摘要：为抑制快速反射镜开机温漂,以及实现快速反射镜在设定温度条件下正常工作,设计了温度控制系统与新型控制方案,来实现对快速反射镜温度的精确控制。温控系统以单片机为核心控制元件,热电制冷器为执行元件。设计基于小波去噪的非线性比例-积分-微分自抗扰控制方案,通过基于Sigmoid个性化惯性权重的粒子群优化算法整定控制参数,进行仿真和实验。结果表明,此控制方案能有效抑制快速反射镜的开机温漂,在15~28℃的控温范围内,控温精度达到±0.02℃,可在142 s内稳定在预设温度。所设计的温控系统响应速度快、控制精度高,鲁棒性强,具有较好的应用价值。

摘要：为解决在外部扰动情况下自适应光学中倾斜镜的控制问题,提出了一种基于扰动观测器的滑模控制方法来抑制结构振动。在倾斜镜控制系统中,将新的扰动观测器加入到传统滑模控制方法中,设计新的滑模控制率来抑制抖振。改进后的扰动观测器不受精确模型的限制,仿真结果证明了该方法能够比较准确的跟踪系统状态,抑制扰动效果明显,降低了系统误差,输出曲线更接近给定的输入信号。实验结果表明,所设计的方法与传统滑模控制方法相比,方位轴控制误差由1.637μrad降低到1.083μrad,精度提高约51.2%,俯仰轴控制误差由1.966μrad降低到1.614μrad,精度提高约21.8%。该方法可大幅削弱由滑模控制方法造成的抖振及外部扰动,提高倾斜镜控制系统的稳定性。

摘要：为探测中层大气风场信息,研制了一台具有热补偿特性的大集光率(AΩ)、高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的地基多普勒非对称空间外差(Doppler Asymmetric Spatial Heterodyne,DASH)干涉仪。针对557.7 nm的氧原子气辉谱线,制定了DASH干涉仪的详细参数和指标。系统采用扩视场和消热差设计,半视场角达到2.815°,集光率为0.09525 cm^(2)sr,系统信噪比在113.75左右,经过热补偿设计后,最终光程差随温度变化(dΔd0/dT)的数值仅为2.224×10^(−7)mm/°C。根据相应参数设计优化了光学系统,前置光学系统和探测器光学系统分别采用像方远心和双远心结构,各项指标均满足探测要求。为验证设计结果,搭建了地基DASH干涉仪实验平台,进行室内以及地基室外实验,最终得到了明显的干涉条纹。上述结果证明DASH干涉仪的系统设计是合理的,系统的信噪比和集光率满足检测要求。

摘要：包含章动、自适应光学以及精跟踪功能的复合激光通信系统的光路复杂,环境温度改变时多光轴的一致性较难保证,导致波前校正基准、跟踪零位偏移,严重影响通信链路的建立。为解决以上问题,对系统进行了一体化设计,提出了针对多光轴复杂光路的光轴一致性的分析方法,建立了多反射镜误差传递模型。经过计算可得:在10~30℃的环境温度范围内,精跟踪支路与通信支路间、通信发射支路与通信接收支路间、精跟踪支路与自适应光学支路间同轴度误差优于143.77μrad、27.38μrad和131.66μrad。在实验室中进行30℃温度拉偏实验,实验结果表明:光轴实际偏转角度与仿真结果之间的误差优于13%。随后进行了楼宇间的1 km激光通信实验(环境温度28℃),成功实现稳定通信。

摘要：为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件。

摘要：导引头在3 Ma(1 Ma≈340.3 m/s)超音速飞行状态下,受到气动加热的光学窗口温度急剧上升,产生大量红外热辐射,干扰探测器的成像质量。为研究气动热辐射对导引头红外成像的影响:采用ANSYS软件对导引头进行三维建模、有限元网格划分及温度场仿真;采用普朗克黑体辐射公式与TracePro软件计算仿真得到的目标源与光学窗口在不同温度下产生的辐照度,建立信噪比模型,分析光学窗口温度及目标相对距离对导引头红外成像质量的影响。实验结果表明,导引头在2、11、20 km海拔高速飞行10 s后,红外成像系统信噪比分别下降了91.8%、50.1%、20.7%,信噪比的下降会严重影响红外系统成像质量,必须使用制冷措施冷却光学窗口以降低干扰。研究结果可为导引头的光学窗口及光学探测系统的设计提供数据参考,为克服气动热辐射干扰的相关研究提供理论依据。

摘要：为了解决空间激光通信系统中单探测器复合轴结构的粗精解耦难题,通过分析二维关联控制矩阵,得出粗精跟踪解耦的必要条件,提出了一种单探测器复合轴结构的工作方式.在跟踪过程中,相机直接配合子轴执行器完成精跟踪工作,而主轴的跟踪信息由子轴的角度偏转器来提供,同时所有的图像处理算法、位置检测算法、以及粗精伺服控制算法都在现场可编程门阵列中实现,完成了系统的轻小型化设计.实验搭建了测试系统,并对现场可编程门阵列硬件和系统跟踪性能进行测试,结果表明单探测器复合控制系统可以实现跟踪准确度优于3μrad,为工程化奠定了良好的基础.

摘要：为了便于空间激光通信中捕获、跟踪性能的测试,提出了一种卫星振动模拟源系统设计方案。该系统主要由上位机借助LabVIEW软件解析标准振动功率谱密度函数,将模拟出的平台振动信号传给以STM32F4为核心的控制系统,驱动振镜进行俯仰、方位摆动。借助欧空局设计的SILEX平台模型,推导验证了本方案的可行性,并搭建实验现场,通过探测器对光斑脱靶量进行了实时监测,分析了脱靶量功率谱,同时对在实际应用中产生的伪随机序列进行了优化与处理。实验结果表明,设计的振动源幅值精度优于2μrad,模拟结果真实有效。另外由于其频率可调节,模拟系统幅度可达±10mrad,故易于模拟不同的标准模型,为复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)的实验室验证提供了条件。

摘要：主要解决空间激光通信精跟踪系统光斑实时检测与跟踪的问题。针对四像限探测器的特点,使用两级增益放大、数字信号处理(DSP)、振镜等系统,完成光斑实时检测与跟踪。对系统组成原理与设计原理进行了详细论证。搭建实验系统完成了相关实验。实验表明在入射光功率为1.3μW时,四像限探测器可实现位置分辨率1.6μm,角度分辨率0.8μrad,在整个光敏面内具有80细分的能力,跟踪精度在1倍方差时为2.1μrad。系统设计时以DSP作为数据处理与控制系统核心,具有体积小、参数修改方便和便于工程化等优点。