强激光与粒子束
2024, 36(2): 025013
1 中电科芯片技术(集团)有限公司, 重庆 401332
2 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
为了能够在复杂环境下实现风速风向的高精度和高稳定性测量, 在基于声学共振原理的风传感器系统的基础上, 采用闭环控制扫描技术改进了系统的性能指标。采用声学共振的方式, 同时对换能器产生的信号进行频率调制和强度调制, 实现对超声换能器的线型扫描。频率调制解决了在不同压力、温度等环境因素影响下导致的共振频移的问题, 强度调制解决了换能器性能随时间衰减问题, 极大地提高了信噪比。实验结果表明, 采用闭环控制的方法可以准确测量风速风向。风速测量范围0~50 m/s, 风速测量精度为±0.5 m/s(≤15m/s)/±5%(＞15 m/s且＜35 m/s)/±9%(＞35 m/s)。改进后的系统在复杂环境下受环境变化影响小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强。
闭环控制 频率调制 线型扫描 共振频移 风速测量 closed-loop control frequency modulation linear scanning resonance frequency shift wind speed measurement
中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control
1 安徽工程大学电气工程学院，安徽 芜湖 241000
2 高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室，安徽 芜湖 241000
3 芜湖市固高自动化技术有限公司，安徽 芜湖 241000
针对视觉同步定位与建图算法在遮挡情况下易受到干扰而导致定位误差较大且闭环检测精度较低等问题，提出一种融合混合注意力实例分割的视觉同步定位与建图算法。该算法能够动态调整被遮挡物识别权重，在出现遮挡情况时提升对被遮挡物的特征提取与识别能力。同时采用概率去误匹配算法去除错误匹配点对，增加位姿求解及关键帧选取精度，从而更好地修正机器人位姿、提高系统构图的准确率。通过KITTI公开数据集和真实场景对所提算法进行测试，结果表明，所提算法在闭环准确率上与ORB-SLAM2算法相比约提高10.7%，平移误差约减小27.6%，体现了良好的构图能力。
遥感 同步定位与地图构建 注意力机制 实例分割 目标识别 闭环检测 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1028008
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院 科学岛分院, 合肥 230026
为了满足大功率半导体激光器脉冲应用的实际需求, 针对单脉冲内电流平顶下降问题和重复性情况下电流稳定性降低的问题, 设计了一种多参数宽范围可调的高精度高稳定脉冲驱动电源。该电源以大功率场效应晶体管为核心, 通过现场可编程门阵列产生的高精度时序波形来完成单脉冲内的上升沿调控和栅极控制电压补偿, 通过微控制器结合电流采样的闭环控制方案实现重频运行下的电流高稳定输出。结果表明, 在输出电流100 A、脉冲宽度400 μs、重复频率1 kHz的最大功率输出驱动二极管负载时, 驱动电流上升沿过冲幅度小于0.5%、单脉冲内电流衰减小于0.2%、重复率脉冲不稳定度小于0.1%; 在同样输出条件下驱动半导体激光器, 其在单脉冲内光功率过冲小于2%, 重复光脉冲不稳定度小于0.2%。该研究有助于提高脉冲电源脉冲电流稳定性, 对现有脉冲电源结构的改进具有一定的参考意义。
激光技术 脉冲电源 闭环控制 半导体激光器 laser technique pulse power closed-loop control semiconductor laser
1 陕西科技大学 电子信息与人工智能学院西安 710021
2 陕西循天广播技术有限公司咸阳 712000
设计了一种改进型射频功率源输出功率控制系统，解决了现有射频功率源使用中存在的输出功率稳定性与控制精度不足等问题，预期将应用于中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）负离子源中性束系统（Negative Ion Based Neutral Beam Injection System，NNBI）。采用ARM+CPLD双核设计的软、硬件分离控制结构，保障输出功率控制算法运行效率；采用数字化信号控制方法，实现输出功率的高精度控制；通过精确采样射频功率源实际输出功率和闭环功率控制方法设计，实现输出功率的高稳定性控制。对射频功率源样机进行输出功率控制系统模拟负载测试，结果表明：在额定输出功率为50 kW时，输出功率的控制精度高于0.1%、稳定性波动小于0.5%、人机交互软件功能完善。该方案预期可以搭配阻抗匹配网络满足CFETR NNBI射频功率源对输出功率控制的性能要求。
射频功率源 功率控制 双核控制 数字化控制 闭环控制 RF power source Power control Dual core control Digital control Closed-loop control
针对同时定位与地图构建(SLAM)的闭环检测方法在多歧义复杂场景下易发生感知偏差的问题, 基于闭环概率模型提出了一种结合局部SURF特征和全局ORB特征的闭环检测方法。首先, 分别采用鲁棒SURF特征和全局ORB特征对图像进行局部和全局的场景描述; 其次, 构建多特征场景描述的离散贝叶斯闭环概率模型, 对多特征空间分别构建观测似然概率, 其中,局部特征空间基于词袋模型的方法计算观测似然概率, 全局特征空间基于KNN最近邻的方法计算观测似然概率; 最后, 考虑图像的时间一致性, 基于极线约束设计多步闭环候选帧提取方法, 进一步减少感知偏差问题。实验结果表明, 在多歧义场景下所提方法可以消除绝大部分的误正匹配情况, 对比FAB-MAP2.0和BoW方法具有更好的闭环检测效果, 可以达到更高的闭环准确率。
同时定位与地图构建 闭环检测 词袋模型 SLAM closed-loop detection bag-of-words model
1 南通大学 机械工程学院, 南通 226019
2 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了提升激光回馈测量系统中He-Ne激光器的性能, 解决激光回馈镜不断移动时频率无法使用传统方法稳定的技术问题, 采用基于温度反馈控制激光器管体温度的闭环被动稳频的方法, 进行了理论分析和实验验证, 研究了不同管体温度与环境温度差值下频率稳定性。结果表明, 系统最佳温差为25.6℃; 在此温差条件下稳频后, He-Ne激光器波长波动范围达10-4, 即频率稳定性达到1.61×10-7, 功率漂移量低于3.20%。该系统可以根据环境温度的变化调节稳频温度点, 并且稳频结构简单, 满足激光回馈一般应用系统稳定性的要求。
激光技术 稳定性 温度闭环控制 频率 laser technique stability temperature closed loop control frequency
