红外与激光工程
2023, 52(11): 20230151
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能, 提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律, 在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象; 基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制, 以提高系统的动态响应性能和鲁棒性, 提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后, 以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象, 进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明, 相比于传统级联PI控制, 捕获速度为1 (°)/s的目标时, 级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%; 跟踪等效最大速度为4 (°)/s和最大加速度为2 (°)/s2的正弦引导信号, 可将跟踪误差RMS值减小31%, 采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。
光电跟踪系统 变增益趋近律 级联滑模控制 目标捕获 目标跟踪 photoelectric tracking system variable gain reaching law cascade sliding mode control target acquisition target tracking
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京100049
4 成都理工大学 旅游与城乡规划学院, 四川 成都 610059
针对三轴光电跟踪系统对空间目标捕获方案的设计问题, 首先分析了影响三轴光电跟踪系统捕获空间目标存在的误差源并对主要误差进行了误差估计, 即轨道预报误差和三轴指向误差。接着建立了主要误差到不确定区域(Field of uncertain, FOU)的误差传递关系, 利用所建的传递关系计算出了不确定区域, 并根据不确定区域的大小、形状以及分布类型设计搜索扫描方式。以不确定区域形状为椭圆且服从二维正态分布为例, 设计的搜索扫描方式为分行螺旋扫描。最后对该扫描捕获方法进行了数值仿真, 验证了该方法的正确性。经过仿真计算, 在捕获概率为98%的情况下, 目标的平均捕获时间为10.52 s。该方法为三轴光电跟踪系统捕获空间目标提供了一定的理论基础。
计算机仿真 搜索扫描方式 不确定区域 三轴光电跟踪系统 computer simulation search scanning mode field of uncertain three-axis photoelectric tracking system 红外与激光工程
2018, 47(12): 1217003
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
1 000 mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量, 本文对主镜的装调技术进行了研究。首先, 对影响主镜面形精度的误差进行分配; 其次, 结合具体的主镜支撑结构的形式, 采用典型装调方法对800 mm口径主镜进行详细的装调研究, 实时测得主镜的面形精度; 最后, 综合分析产生装调误差的来源, 提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000 mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40, 在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。
光电跟踪系统 主镜支承结构 大口径 装调技术 photoelectric tracking system primary mirror bearing structure large aperture alignment technology
1 长春理工大学，吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
对典型的光电跟踪系统进行结构分析，提出了改善机械结构谐振频率的方法， 以便提高光电跟踪系统的跟踪速度。研究了典型跟踪架的垂直轴系的结构， 认为单向止推轴系沿轴向的窜动限制了扭转刚度。提出了以双向止推密珠轴系结合定心轴系的结构形式设计垂直轴系，从而有效地提高了系统的刚度，改善了系统的机械谐振频率。对改进后的跟踪架进行了模态仿真分析，并通过振动及扫频试验获得了光电跟踪系统谐振频率特性曲线。实验结果表明，系统谐振频率达到114 Hz，为伺服系统实现高速跟踪时的稳定性和快速性提供了硬件基础。在舰面跟踪高速起降目标的试验中，该系统最大跟踪速度达到150(°)/s以上，加速度大于240( °)/s2，显示其光电跟踪能力显著提升。
光电跟踪系统 跟踪速度 机械谐振频率 双向止推轴系 photoelectric tracking system speed of tracking mechanical resonant frequency structure of double thrust bearing 光学 精密工程
2017, 25(11): 2889
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
针对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统的防护问题, 提出了一米量级尺寸的窗镜、镜框的设计、制造和检测的方法。首先, 对窗口材料的性能及强度进行分析, 依据内外压差、自身重量以及旋转惯性力对窗镜强度的影响确定其最小的厚度。其次, 依据指标要求分析设计窗镜、镜框的形变对窗镜等光程差的影响以及其环境适应性。然后, 采用等光程非平面的修磨方法对带镜框的窗镜进行加工及检测。最后, 成功研制出直径φ1 032 mm, 厚度80 mm, 通光口径φ1 010 mm 的融石英材料的窗口玻璃镜, 等光程差为RMS=0.062 8λ@632.8 nm。结果表明, 该窗镜能够对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统进行有效的防护。
光电跟踪系统 窗镜 光程差 反射式主系统 photoelectric tracking system optical window Optical Path Difference(OPD) reflective optical system
1 长春工业大学 电气与电子工程学院, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
针对光电跟踪系统目标的快速捕获过程, 本文提出了时间最优滑模控制方法。该控制的滑模面函数为时间最优控制系统状态最优运动轨迹, 保证系统状态变量沿着最优轨迹滑动; 设计相应的指数趋紧率, 使状态变量快速平稳趋近滑模面。以180°、90°、60°阶跃信号为捕获目标进行仿真与实验研究, 实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%, 超调量为0, 稳态波动量为0, 稳态误差减小了约为44.94%和6234%, 与仿真结果相吻合。结果表明该方法调节时间短, 超调小, 稳态值平稳, 稳态误差小, 鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获, 具有重要的研究与应用价值。
捕获 时间最优滑模控制 时间最优控制 滑模控制 photoelectric tracking system acquisition time optimal control sliding model control steady state errors robustness
1 中南大学 地球科学与信息物理学院， 长沙 410083
2 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室,长沙 410083
3 中国科学院 光电技术研究所,成都 610209
针对经纬仪、量子通信望远镜等光电跟踪控制系统光学平台调焦的需要，在保证跟踪控制性能和可靠性的基础上，设计了一种低成本、小体积的高精度光学调焦控制系统，以先进精简指令集计算机处理器和现场可编程门阵列为核心组成比例-积分-微分光学控制平台来实现调焦控制。分析如何提升光学平台调焦精度，利用基于缓冲运放进行信号扩展的方法提升光学平台调焦控制反馈偏差信号精度，提出3种反馈信号补偿方法并进行对比和分析，选择等分中值补偿方法对电位器反馈信号进行补偿，在不影响调焦时间的基础上简化了软硬件设计，提升了调焦精度和效率，具有低功耗、实现简单、成本低、体积小等优点。在实验中，对获取的调焦图像采用主观分析和客观评价标准相结合的方法进行调焦效果验证，证明了该设计的优势。该设计已用于某光电跟踪探测项目，在1 μm级调焦精度时全程调焦时间约为3 s，反应快速，性能稳定可靠。
光电跟踪 PID控制 光学调焦 数据采集 图像评价 photoelectric tracking system PID control algorithm optical focusing data acquisition image evaluation 强激光与粒子束
2015, 27(9): 091009
中国兵器工业第58 研究所, 四川 绵阳 621000
为改善雷达光电跟踪系统目标运动参数估计性能,提出了一种考虑测速无偏转换的数据融合算法.基于雷达多普勒径向速度量测与光电跟踪系统角速度信息,推导了测速信息在笛卡尔坐标系下的无偏转换量测,分析了转换后量测噪声的统计特性,给出了基于解耦序贯更新滤波的数据融合算法.仿真表明,本文方法改善了目标运动参数估计精度,提高了速度分量估计误差收敛速度,研究结果亦可为航迹起始、目标威胁度初判提供参考.
雷达、光电跟踪系统 无偏转换量测 融合 序贯滤波 radar-photoelectric tracking system unbiased converted measurements fusion sequential filtering
1 总参陆航部驻西安应用光学研究所军事代表室, 陕西 西安 710065
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
针对光电跟踪系统稳定精度测试需求, 提出一种稳定精度动态测试方法。该方法基于光学自准直原理, 采用面阵CCD探测器, 结合图像求取质心算法, 实现被测系统的动态测试, 通过该装置获得了稳定精度测试结果。结果表明: 测试50 μrad级两轴两框架系统动态稳定精度, 通过该测试方法测出其稳定精度最大为48 μrad。
光电跟踪系统 自准直仪 稳定精度 面阵CCD探测器 photoelectric tracking system dynamic auto-collimating apparatus stabilization accuracy charge coupled device (CCD) array detector
