基于液晶光学相控阵的空间激光通信PID跟踪方法

发布时间：2024-06-01 22:01

　　液晶光学相控阵具备非机械光束偏转能力,将其应用到空间激光通信捕跟系统中,能够实现快速、灵活、多用户的接入。提出了一种基于液晶光学相控阵的快速跟踪方法,该方法采用电荷耦合器件(CCD)作为信标光探测器,比例积分微分(PID)闭环控制算法生成光束指向角控制点数据,实现对入射光束的捷变偏转,指向捕跟探测器中心,达到跟踪的目的。通过理论仿真可知PID闭环控制系统能够抑制高斯白噪声,跟踪精度小于6.5μrad。实验验证,经过10ms左右的调整,系统进入稳定跟踪状态,跟踪精度小于12.6μrad。

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【部分图文】：

图１基于液晶光学相控阵的跟踪系统框图Ｆｉｇ．１ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｒａｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＬＣＯＰＡ

型，程序设计简单，实现容易，参数调整方便。本文基于自主研制的液晶光学相控阵器件，结合图像处理技术和ＰＩＤ控制算法，建立闭环控制模型，将通过光斑与电荷耦合器件（ＣＣＤ）中心的像素差值作为到达角的评价指标，通过理论仿真，ＰＩＤ闭环控制系统能够抑制空气扰动和ＣＣＤ采样引入的高斯白噪声，....

图４液晶光学相控阵波束偏转系统Ｆｉｇ．４ＢｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆＬＣＯＰＡ

５４，０２１２０２（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图３相位延迟量随电压的变化曲线Ｆｉｇ．３Ｃｕｒｖｅｏｆｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅｄｅｌａｙａｍｏｕｎｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅ假定终端Ｂ的光学系统中各元器件已经经过系统矫正，所有光....

图７ＰＩＤ系统结构图Ｆｉｇ．７ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒｔｏｆＰＩＤｓｙｓｔｅｍ

５４，０２１２０２（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ３．３ＰＩＤ跟踪算法ＰＩＤ算法［１４］是控制理论的重要算法之一，控制液晶相控阵的偏转角度，能够实现对Ａ终端发射的光束进行动态稳定地跟踪。图７为ＰＩＤ的基本结构图。图７ＰＩＤ系统结构图Ｆｉｇ．....

图８闭环系统阶跃响应Ｆｉｇ．８Ｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍ

流程为：１）在液晶光学相控阵未加波控数据时，对ｅ光无偏转；２）此时光线经过透镜，经透镜聚焦后，入射到ＣＣＤ上；３）对ＣＣＤ上采集的图像进行处理，通过计算光斑的质心与ＣＣＤ中心的像素差值ｅ（ｔ），经过ＰＩＤ算法计算得到Ｃｏｕｔ（ｔ），将Ｃｏｕｔ（ｔ）的值发送给液晶光学相控阵控制系统....

本文编号：3986445