用于光束精确指向的高精度光学跟瞄研究

发布时间：2020-08-16 21:35

【摘要】：高精度光学跟瞄是一种利用光学成像手段,实现对目标的高精度捕获、瞄准、跟踪功能的方法。本论文针对光学跟瞄系统的应用领域、系统设计以及控制算法的研究现状,进行了详细的调研分析。本论文针对光学跟瞄中跟瞄过程的发展需要,开展用于光束精确指向的高精度光学跟瞄研究。研究主要针对以下内容:完成了高精度光学跟瞄理论研究,以及对整体实验系统方案的设计;完成了高精度光学跟瞄控制算法的研究,其中包含对光学跟瞄算法中控制理论和光学跟瞄控制算法的设计;完成了对高精度光学跟瞄的实验研究,包括高精度光学跟瞄方法粗精跟踪单元验证实验,高精度光学跟瞄整体实验以及针对光束精确指向的功能性验证实验;完成了高精度光学跟瞄精度研究,包括图像定位算法对跟瞄精度的影响分析,粗跟踪实验跟瞄精度分析以及精跟踪实验跟瞄精度分析,最后对压电振镜进行定标,分析光束抖动偏移角。在理论及方案设计方面,分析了整体跟瞄系统的整体结构以及粗精跟踪的工作原理,根据该原理设计了包含主动光源的光学跟瞄整体实验光路。在控制算法方面,研究了粗精跟踪两级跟瞄系统的控制算法,基于Labview程序编写了包含粗跟踪控制单元、精跟踪控制单元及阈值判定单元的控制算法。在实验方面,进行了粗精跟踪单元实验,结果表明,两部分系统性能达到跟踪效果,并且在精跟踪实验中测得PID设定值与输出量的映射关系;其次进行了整体实验,结果表明设计的实验光路和控制算法可以达到室内跟瞄验证实验的要求;最后,在实验光路中利用主动光源对目标进行光束精确指向的可行性验证。通过对灰度质心法和邻域曲线拟合法两种质心算法的误差分析,表明在室内跟瞄实验中,灰度质心算法更加稳定。在粗精跟踪实验的基础上,探究了两部分的跟瞄精度。结果表明,在粗跟踪过程中,两轴跟瞄精度达到±10mrad;在精跟踪过程中,两轴跟瞄精度达到±20μrad,即整体跟瞄精度达到室内跟瞄验证实验的跟瞄精度要求。最后对压电振镜做了定标分析,并确定光束传播过程中的光束偏移角起伏为2-3μrad。本论文所取得的研究成果,表明用于光束精确指向的高精度光学跟瞄系统可以实现,在精度和主动激光应用方面具有显著优势。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O439
【图文】：

图 1-1 轨道快车原理样机[1]在国内，关于激光主动探测技术的研究也在不断进行。在高精度压电偏摆镜的基础之上，提出了一种激光主动探测技术[2]，该技术具有对目标精确指向的功能。技术创新点是将光束指向与凝视型红外相机相结合，实现对目标跟踪的双模复合探测。红外图像经处理，获取目标的坐标，然后在目标进入到激光探测器视场之后，将目标位置信息传递给下一阶段的探测设备，再经由压电偏摆台根据上位机所给出的命令，对目标进行跟踪。图 1-2 是该系统中的激光探测设备示意图。

图 1-1 轨道快车原理样机[1]国内，关于激光主动探测技术的研究也在不断进行。在高精度压之上，提出了一种激光主动探测技术[2]，该技术具有对目标精确指向新点是将光束指向与凝视型红外相机相结合，实现对目标跟踪的红外图像经处理，获取目标的坐标，然后在目标进入到激光探测目标位置信息传递给下一阶段的探测设备，再经由压电偏摆台根的命令，对目标进行跟踪。图 1-2 是该系统中的激光探测设备示意

图 1-3 SILEX 设备图[12]，北京大学的王剑明等人对欧空局的 SILEX 激光通信终端进行式天线，它的视场为 750μrad。该激光通信系统与传统结构相比激光通信过程中，通过光学天线的开环指向，实现对目标信号激光通信跟瞄系统的建立速度。该方案经过实验验证，该系统 的 SILEX 激光通信终端有了极大的提升。

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本文编号：2794978