1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
在二自由度快速控制反射镜系统设计中，为提高系统的控制带宽，应尽量降低工作方向上的低阶固有频率，提高非工作方向上的高阶固有频率。该课题以某深切口柔性铰链快反镜系统作为研究对象，首先对系统前四阶固有频率的振型运动方向进行了分析，并针对传统刚度计算方法不适用于第三阶振型方向的问题，重新推导了第三阶振型方向上的刚度计算公式；其次，利用能量法和卡式第二定理对深切口柔性铰链上的工作刚度进行了推导，并进行了非线性拟合化简，得出的简化计算公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过8.9%，证明了推导的铰链工作刚度理论公式的准确性；然后，将第三阶振型方向刚度计算公式和柔性铰链刚度计算公式代入固有频率计算公式，并进行有限元验证，结果表明理论公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过1.7%，证明了新的三阶振型方向上的刚度计算公式的准确性。最后利用遗传算法，对系统前四阶固有频率进行了多目标优化设计，到达设计要求，所求出的优化结构较初始结构有明显优化，工作方向刚度减小19.04%，非工作方向刚度提高297.83%和77.09%。此外还对其进行了有限元仿真验证，结果证明一、二阶固有频率减小8.08%、5.40%，三、四阶固有频率提高了112.59%、16.80%。证明优化结构较初始结构有较大提高，能有效提高系统控制带宽。
快速控制反射镜 控制带宽 优化设计 固有频率 柔性铰链刚度 fast steering mirror control bandwidth optimal design natural frequency the stiffness of flexure hinge 红外与激光工程
2021, 50(6): 20200450
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
为了减小大气湍流引起的星地激光通信系统的性能衰落,采用基于光纤相干合束的多孔径接收方案。针对典型的星地相干激光通信模型,给出了通信系统的灵敏度和误码率随多孔径接收对湍流效应的补偿效果变化的数值仿真结果。同时基于已有的光纤合束方法搭建了一套4孔径接收的相干合束光通信接收装置,测试了2个和4个孔径下系统的锁相带宽。利用旋转相位屏模拟了不同Greenwood频率的大气湍流对光束波前的影响,保证了各路接收光强的不相干性。在此基础上,给出了相干合束前后光纤中的光强相对起伏方差。结果表明该系统能在弱湍流环境中有效地抑制光强闪烁。
大气湍流 多孔径接收 相干合束 控制带宽 闪烁系数
1 重庆大学机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
分析随机并行梯度下降(SPGD)算法用于多路大型固体激光装置相干合成中校正动态相差的能力。首先介绍了SPGD算法实现相干合成的基本理论,利用数值模拟方法对算法进行了优化,实现了两路基于SPGD算法的波长为800 nm、带宽为30 fs光束的相干合成实验,验证了在外加10,15,20,25 Hz动态相差条件下算法的特性,并进一步模拟了动态活塞相差和指向性相差的校正过程,分析了不同相位噪声强度和频率对校正能力的影响,计算了控制带宽与光束路数、算法执行速度之间的关系。结果表明:远场强度分布的平方和是高能短脉冲激光相干合成的最佳性能评价函数;采用自适应增益的方式时,在保证算法稳定性的前提下,提高了算法的收敛速度;随着相位噪声强度和频率的提高,算法的有效控制带宽减小;算法执行速度越快,光束路数越少,则算法控制带宽越大;受限于器件性能,SPGD算法不适用于4路以上带宽为30 fs激光阵列的相干合成。
激光光学 相干合成 随机并行梯度下降算法 动态分析 控制带宽
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。
快速控制反射镜 刚性支撑 差分测量 控制带宽 指向精度 Fast Steering Mirror(FSM) rigid support difference measurement control bandwidth pointing precision
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了适应车载平台恶劣的工作环境，设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器，并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后， 应用有限元分析方法，有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接，主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载，从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后，组建了伺服控制系统，并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示: 所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67 Hz，方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″，表明控制系统稳定实用，满足车载平台的应用要求。
快速反射镜 刚性支撑 控制带宽 指向精度 Fast Steering Mirror(FSM) rigid support control bandwidth pointing precision
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
对随机并行梯度下降(SPGD)算法校正时变相位噪声的动态过程进行数值模拟,计算不同强度和频率的相位噪声对控制带宽的影响程度,分析控制带宽与光束数目以及算法执行速度之间的关系。计算结果表明,随着相位噪声强度和频率的增加,算法的控制带宽随之减小,带宽大小与参与合成的光束数目N的-4/3次方成正比,与算法执行速度成线性关系。计算结果可为SPGD算法应用至多路高功率光纤放大器相干合成提供参考。
光纤光学 光纤放大器 相干合成 随机并行梯度下降算法 动态模拟 控制带宽
中国科学院光电技术研究所国家863计划大气光学重点实验室,成都 610209
提出了一种用两个自适应光学系统串联校正的方法.这两个自适应光学系统分别采用前馈控制和反馈控制布局,利用一组共用的波前校正器串联起来.分析了这种串联校正方法的控制性能和噪声传递特性,在技术复杂性增加不多的条件下,这种串联结构的整体控制效果比单一系统改善了很多.用实际61单元自适应光学系统上的实验数据进行了仿真,验证了这种方法的有效性.
自适应光学 大气湍流 系统串联 控制带宽 噪声
中国科学院光电技术研究所, 国家863计划大气光学重点实验室, 成都 610209
分析自适应光学系统的控制残余方差与控制带宽的关系。 对于存在时间延迟的自适应光学系统, 推导了计算大气湍流控制残余方差的近似公式, 并给出了有探测噪声情况下确定系统最优控制带宽的公式。 以61单元自适应光学系统为例, 讨论了实际自适应光学系统中控制带宽的优化选择问题。
自适应光学 控制残余方差 控制带宽 探测噪声 最优控制
