1 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力, 设计了一种1型模糊滑模控制方法, 模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数; 并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度, 同时降低SMC抖振; 此外, 用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优, 并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明, IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。
激光技术 高精度光电跟踪系统 模糊滑模控制 抖振抑制 参数优化 laser technique high precision electro-optical tracking system fuzzy sliding mode control chattering reduction parameters optimization
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程系生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 南京医科大学生物医学工程与信息学院，江苏 南京 211100
3 清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084
4 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室生物医学光子学与传感研究所，陕西 西安 710049
微创介入治疗近年来发展迅速，具有重要临床价值。然而，微创条件下手术视野与操作范围受限，手术结果高度依赖医生经验。为解决这一问题，临床关注的焦点是如何实现手术信息的可视化、手术定量信息的获取和治疗范围的精准控制。光学辅助与激光消融技术在解决该问题上发挥了重要作用。增强现实技术提供新的可视化方式，光学追踪与传感为术中提供多维的定量信息，而激光消融则提供了精准治疗的途径。同时，光学技术与计算机视觉、人工智能、材料科学等多学科结合，推动微创介入朝着智能化、精准化、个性化的方向发展。聚焦于微创介入中的光学辅助与激光消融技术，主要从增强现实、光学追踪与感知、激光消融三方面，对相关研究进展进行综述。
医用光学 增强现实 光学追踪与感知 激光消融 微创介入 中国激光
2023, 50(15): 1507201
1 School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, Sichuan , China
We design a novel wireless laser power transmission system in which the process of wireless power transmission to a dynamic target was completed based on the rotation of just one component. The design of this system not only reduces the load-bearing of the gimbal, but also avoids the degradation of beam quality caused by lens vibration when tracking dynamic targets. As a result, this WLPT system has been verified by tracking an unmanned aerial vehicle at 122 m away with an offset distance of ±26.7 mm. We believe this system offers great potential in high-power, long-distance dynamic laser power transmission.We design a novel wireless laser power transmission system in which the process of wireless power transmission to a dynamic target was completed based on the rotation of just one component. The design of this system not only reduces the load-bearing of the gimbal, but also avoids the degradation of beam quality caused by lens vibration when tracking dynamic targets. As a result, this WLPT system has been verified by tracking an unmanned aerial vehicle at 122 m away with an offset distance of ±26.7 mm. We believe this system offers great potential in high-power, long-distance dynamic laser power transmission.
激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1736001
1 江苏工程职业技术学院机电学院, 江苏 南通 226014
2 东南大学自动化学院, 南京 210096
光电搜跟系统在低速跟踪状态工作时, 由于转轴之间存在非线性摩擦力矩, 会引起跳动或“爬行”现象, 非线性摩擦力矩还会降低角分辨率和重复精度, 对跟踪精度的影响很大。对此, 提出了一种基于遗传算法的摩擦建模与补偿方法: 首先, 选取Stribeck摩擦模型, 利用遗传算法辨识光电搜跟系统的Stribeck摩擦模型, 以获得较高的模型拟合程度, 降低拟合误差; 在此基础上, 对所辨识出的摩擦进行前馈补偿, 以减小非线性摩擦力矩对光电搜跟系统性能的影响; 仿真和实物实验证明了所提方案的有效性, 提高了光电搜跟系统的控制性能, 取得了较好的补偿效果。
光电搜跟系统 永磁同步电机 非线性摩檫力矩 遗传算法 摩檫补偿 Electro-Optical Tracking System(EOTS) permanet magnetic synchronous motor nonlinear friction torque genetic algorithm friction compensation
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
设计了一种基于电润湿驱动的反射镜式光导航器件。该器件由一个透明的长方体腔体、橡胶环和反射镜组成。同时对腔体内两侧导电液体施加电压时,两侧导电液体向中间涌动,中间液体高度发生变化,反射镜发生倾斜,从而改变入射光束的偏折方向,实现了光束导航功能。实验表明,光束导航角度范围可达0°~9°,响应时间约为90 ms,该器件在空间光通信和雷达探测等领域具有潜在的应用价值。
几何光学 光导航 反射镜 电润湿 光学学报
2019, 39(11): 1123003
中国电子科技集团公司光电研究院，天津 300308
针对机载光电跟瞄稳定问题，分析比对整体陀螺稳定和半捷联稳定的技术特点，揭示半捷联稳定原理；根据半捷联稳定下跟瞄框架的惯性空间角速度表达式，分析影响半捷联稳定的主要因素；通过设计巴特沃斯二阶低通滤波器，降低陀螺噪声；采用频率特性分析和预测误差法进行精确建模，设计超前控制环节，校正光栅量化误差和陀螺信号延迟，并进行仿真分析；利用原型样机进行试验研究，达到整体式陀螺稳定平台的稳定精度，具有较强的工程实用性。
光电跟瞄 半捷联稳定 陀螺稳定 稳定精度 数字滤波 electro-optical tracking and pointing semi-strapdown stabilization gyro stabilization stabilization precision digital filter
中国电子科技集团公司第十研究所, 四川 成都 610036
针对伺服系统中非线性力矩干扰导致光束跟踪性能下降的问题, 采用神经网络算法实现光电跟踪系统的非线性控制。分析了径向基函数神经网络监督控制算法应用于光电跟踪系统的优势, 设计了光束跟踪实验, 数据显示神经网络能够智能输出非线性控制量抑制摩擦力矩干扰, 提高光束跟踪性能, 对幅度3°、频率在1 Hz以内的光束扰动抑制比达到-28~-51 dB, 比初始未优化的PID控制提高15 dB以上。实验结果表明, 神经网络算法可以自动建立反馈量与控制量的非线性映射, 适用于复杂系统的非线性控制。
光束跟踪 神经网络 非线性控制 智能控制 electro-optical tracking system neural network nonlinear control intelligent control 光学 精密工程
2018, 26(12): 2949
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
为了在光电跟踪控制系统中实现复合控制以提高跟踪精度, 构建了基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制结构。首先, 利用跟踪脱靶量数据和仪器位置数据合成目标角位置数据; 然后, 利用模型自适应卡尔曼滤波算法对目标角位置数据进行滤波估计以获得目标角速度信息; 最后, 将目标角速度信息前馈到速度回路, 从而构成复合控制系统。实验结果表明: 采用复合控制结构后, 目标跟踪精度提高了50%。基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制技术能够在保持原反馈控制系统稳定性的条件下提高跟踪精度。
复合控制 卡尔曼滤波算法 模型自适应 光电跟踪 combined control Kalman filter model adaptive electro-optical tracking
角锥棱镜常被用作光电测距和光电跟踪的合作信标。在一些特殊应用场合中，要求被角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角，以实现对远场不同位置处激光器和探测器的全覆盖。标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能，但是可以利用角锥棱镜中光束出射点与入射点不同的特性，在标准角锥棱镜前加装平凹透镜来实现对反射光束的发散。采用理论分析方法和几何光学追迹模拟方法分析了利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的可行性，同时研究了反射光束发散半角与入射光束参数和平凹透镜几何参数的定量关系。理论和模拟结果都表明，当入射光束半径小于平凹透镜半径时，反射光束的发散半角随入射光束半径准线性增加；平凹透镜曲率半径越小，反射光束发散半角越大。
光学器件 棱镜 反射光束发散方法 平凹透镜 发散半角 光电跟踪 光学学报
2016, 36(11): 1123002
