凯迈(洛阳)测控有限公司, 河南洛阳 471009
随着长焦共光路成像组件广泛应用于光电侦察吊舱, 长焦共光路光路中快反镜在复合轴稳像等方面的技术开发成为必然的趋势。文章介绍了长焦共光路成像组件的主要组成, 基于快反镜实现复合轴控制与回扫补偿控制的策略, 其工作时序和关键参数分析计算。开发了基于长焦共光路成像组件的快反镜, 一帧图像时间内同时实现二次稳像和回扫补偿的功能。提升了中高空光电侦察吊舱的侦察作用距离、稳像精度和搜索效率。
光电侦察吊舱 快反镜 复合轴控制 回扫补偿 optoelectronic reconnaissance pod, FSM, composite
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
为了改善光电精跟踪系统的动态响应特性，采用预先修正方法对快速执行器件音圈电机快反镜进行优化控制。在快反镜的闭环控制回路中增设前馈环节，根据目标探测与识别环节给出的脱靶量实施预测式调节控制，以加快执行速度;介绍了基于快反镜的光电精跟踪系统的一般构成与工作原理，给出了音圈电机快反镜的闭环控制模型，并执行了前馈-反馈控制方法; 搭建了包括目标模拟、目标成像探测与识别、目标快速跟踪等功能部件的实验系统，对上述方法进行了实验测试。结果表明，系统延迟由2.9 ms缩短至0.8 ms，系统带宽由20 Hz提高至45 Hz。该方法可以大幅压缩光电精跟踪系统的时间延迟，提高系统带宽。
激光技术 音圈电机 快反镜 前馈-反馈控制 laser technique voice coil actuator fast steering mirror feedforward-feedback control
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北 武汉 430064
4 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110167
Overview: The fast steering mirror is an important component of a high-precision photoelectric tracking system. Fast steering mirrors are generally driven by voice coil motors with high linearity, high sensitivity, and high bandwidth to ensure adequate tracking and anti-interference accuracy of the whole system. In recent years, with the expansion of applications, the photoelectric tracking system has expanded from a fixed platform mounted on a foundation to a moving platform. However, the environment in which the motion platform is located is more severe and the internal and external interference caused by the carrier attitude change will be more complex and intense, leading to a serious decrease in the accuracy of the visual axis stabilization, and even make the tracking target out of the field of view and lose the target. In general, for the photoelectric tracking system in a moving platform, the traditional passive interference suppression methods and the active interference suppression methods that treat the interference as lumped interference will not be enough to ensure the high-precision stability of boresight. Therefore, this paper proposes a sliding mode composite layered interference observation and compensation control strategy which combines harmonic interference observation and extended state observation. Firstly, the harmonic disturbance observer is used to observe the harmonic disturbance with a priori frequency information. Then, the extended state observer is used to observe other unknown disturbances. Finally, based on the observed multi-source interference, the sliding mode nonlinear method with anti-interference ability is used to design a composite controller to maximize the suppression of multi-source disturbances suffered by the system. The experiment shows that the sliding mode composite layered interference observation compensation method proposed in this paper can estimate multi-source interference more accurately, has stronger interference suppression ability, and obtains higher boresight stabilization accuracy for the fast steering mirror compared with the traditional single interference observation compensation method.
快反镜 视轴稳定 复合分层 谐波干扰观测器 扩张状态观测器 滑模 fast steering mirror LOS stability composite layered harmonic disturbance observer extended state observer sliding mode
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对压电陶瓷快速反射镜, 设计了一种基于频域分析的传递函数辨识方法, 可以实现对任意已知传递函数阶次的系统进行扫频和传函拟合, 再基于拟合的压电快反镜传函进行控制器设计、仿真、实物验证, 对设计出的控制器进行验证。闭环性能为控制带宽为600 Hz, 1V阶跃信号调节时间为12 ms, 结果表明控制器性能满足要求。设备运行过程中会受到温漂影响, 因此利用温度、光学偏转角和控制电压之间的关系进行温度补偿, 实验结果表明温度补偿功能的温漂抑制效果达90%, 极大提高了系统控制精度。
压电陶瓷快反镜 频域分析 控制器 温度补偿 控制精度 piezoelectric ceramic fast steering mirror frequency-domain analysis controller temperature compensation control accuracy
1 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 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
在激光通信、激光制导和交会对接的过程中, 为了实现对远距离目标的捕获和跟踪, 提出了一种基于单元探测器的激光跟踪技术, 该技术以单元探测器测量距离信息, 通过快反镜使光束螺旋扫描视场, 并反馈角度信息, 由此得到三维图像。信号处理端通过处理三维图像可以获取目标相对视场中心的脱靶量, 控制端根据脱靶量驱动快反镜偏转, 使目标一直处于扫描视场中, 从而实现目标跟踪。该技术的优点是能将单元探测器引入到捕获跟踪领域中, 不再需要使用阵列探测器定位回波光斑的中心, 所以回波能量密度更高, 有利于实现远距离的激光跟踪, 特别是能够结合单光子探测器来极大地提高跟踪距离。使用该方法进行了仿真实验, 并在室内使对3.75 m处的目标进行了捕获跟踪实验。实验结果表明, 仿真与实验结果具有很高的一致性, 其中对角速度为9.07 mrad/s目标的捕获概率达到了72.5%。
单元探测器 激光跟踪 快反镜 螺旋扫描 硅光电倍增管 single-element detector laser tracking fast steering mirror spiral scan silicon photomultipliers
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210514
针对校正激光光束的快反镜使用过程中, 残余光束辐照到镜座后导致镜座结构变形, 对系统造成的不利影响, 围绕镜座结构设计开展了针对性的研究。对镜座结构从选材到结构布局进行了详细分析, 提出了采用铝材料镜座结构。对镜座中间光束最密集处采用镂空设计的方法, 进一步提出了镜座采用SiC材料的设计方向。对设计后的铝材料镂空镜座结构进行了热分析计算, 验证了设计方法的可行性, 为类似快反镜镜座结构设计提供了新的设计思路。
快反镜 镜座 结构变形 热分析 fast steering mirror base structure deformation thermal analysis
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 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
针对便携式快反镜系统对小尺寸快反镜的需求,设计了一种紧凑型压电式驱动的快反镜结构。通过对快反镜的驱动元件、位移放大机构、解耦支撑的合理布局,具有75 mm通光口径的快反镜机械结构的外形尺寸为90 mm×90 mm×33 mm。最后对快反镜进行了实验检测,结果显示紧凑型快反镜的角行程为4.2 mrad,机械谐振频率为671 Hz,表明该快反镜系统性能好,可满足小尺寸快反镜光学系统的应用需求。
光学器件 快反镜 紧凑型 谐振频率 自适应光学 中国激光
2021, 48(13): 1305002
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国航天科工集团第九总体设计部, 湖北 武汉 430040
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京210042
5 中国航天科工集团第四研究院, 湖北 武汉 430040
为了研究高功率连续激光辐照过程中快反镜的热性能变化问题, 文中利用多物理场仿真分析软件建立了融凝石英(fused silica)、微晶(zerodur)、碳化硅(SiC)三种材料制作的快反镜传热学和结构力学耦合非稳态模型, 通过泽尼克多项式算法对高功率激光辐照快反镜热应力下的光学波前进行拟合。研究结果表明: 在同等激光功率辐照条件下, 微晶材料制作的快反镜温升最小, 形变最小。根据仿真结果优选微晶作为快反镜镜体材料, 基于泽尼克多项式对快反镜波前热畸变进行仿真分析, 计算得到波前热像差以活塞、球差、离焦等为主导, 可为波前校正工程应用提供理论参考。
高功率连续激光 快反镜 热畸变 有限元分析 high power CW laser fast steering mirror thermal distortion finite element analysis 红外与激光工程
2018, 47(10): 1020003
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 绵阳 621900
为了满足车载平台光轴稳定的应用需求, 采用压电陶瓷作为驱动器对快反镜进行了结构设计, 将其作为仿真模型对快反镜进行了模态分析和力学仿真, 并对结构进行了优化设计。采用高帧频相机探测的质心位置作为反馈信号, 利用现在可编程门阵列进行高速图像处理, 研制出适用于车载平台的光轴稳定快反镜。对快反镜的性能参量进行了全面测试, 并参与了集成联调试验。结果表明, 该快反镜的分辨率约0.4μrad, 闭环带宽大于100Hz;三级公路上, 汽车以40km/h行驶过程中, 在无人值守模式下, 由总控对快反镜进行控制, 与开环相比, 闭环后光轴x轴抖动均方根减小3.6倍, y轴减小2.1倍, 20Hz以内的光轴抖动抑制效果明显, 取得了较好的试验效果。该系统具有高带宽、高精度及高稳定性的特征, 对车载平台的光轴稳定起着重要作用。
激光技术 压电陶瓷 快反镜 模态分析 闭环带宽 laser technique piezo electric ceramics fast steering mirror modal analysis closed-loop bandwidth
