【摘要】：高精度光學(xué)跟瞄是一種利用光學(xué)成像手段,實現(xiàn)對目標(biāo)的高精度捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤功能的方法。本論文針對光學(xué)跟瞄系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、系統(tǒng)設(shè)計以及控制算法的研究現(xiàn)狀,進行了詳細的調(diào)研分析。本論文針對光學(xué)跟瞄中跟瞄過程的發(fā)展需要,開展用于光束精確指向的高精度光學(xué)跟瞄研究。研究主要針對以下內(nèi)容:完成了高精度光學(xué)跟瞄理論研究,以及對整體實驗系統(tǒng)方案的設(shè)計;完成了高精度光學(xué)跟瞄控制算法的研究,其中包含對光學(xué)跟瞄算法中控制理論和光學(xué)跟瞄控制算法的設(shè)計;完成了對高精度光學(xué)跟瞄的實驗研究,包括高精度光學(xué)跟瞄方法粗精跟蹤單元驗證實驗,高精度光學(xué)跟瞄整體實驗以及針對光束精確指向的功能性驗證實驗;完成了高精度光學(xué)跟瞄精度研究,包括圖像定位算法對跟瞄精度的影響分析,粗跟蹤實驗跟瞄精度分析以及精跟蹤實驗跟瞄精度分析,最后對壓電振鏡進行定標(biāo),分析光束抖動偏移角。在理論及方案設(shè)計方面,分析了整體跟瞄系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及粗精跟蹤的工作原理,根據(jù)該原理設(shè)計了包含主動光源的光學(xué)跟瞄整體實驗光路。在控制算法方面,研究了粗精跟蹤兩級跟瞄系統(tǒng)的控制算法,基于Labview程序編寫了包含粗跟蹤控制單元、精跟蹤控制單元及閾值判定單元的控制算法。在實驗方面,進行了粗精跟蹤單元實驗,結(jié)果表明,兩部分系統(tǒng)性能達到跟蹤效果,并且在精跟蹤實驗中測得PID設(shè)定值與輸出量的映射關(guān)系;其次進行了整體實驗,結(jié)果表明設(shè)計的實驗光路和控制算法可以達到室內(nèi)跟瞄驗證實驗的要求;最后,在實驗光路中利用主動光源對目標(biāo)進行光束精確指向的可行性驗證。通過對灰度質(zhì)心法和鄰域曲線擬合法兩種質(zhì)心算法的誤差分析,表明在室內(nèi)跟瞄實驗中,灰度質(zhì)心算法更加穩(wěn)定。在粗精跟蹤實驗的基礎(chǔ)上,探究了兩部分的跟瞄精度。結(jié)果表明,在粗跟蹤過程中,兩軸跟瞄精度達到±10mrad;在精跟蹤過程中,兩軸跟瞄精度達到±20μrad,即整體跟瞄精度達到室內(nèi)跟瞄驗證實驗的跟瞄精度要求。最后對壓電振鏡做了定標(biāo)分析,并確定光束傳播過程中的光束偏移角起伏為2-3μrad。本論文所取得的研究成果,表明用于光束精確指向的高精度光學(xué)跟瞄系統(tǒng)可以實現(xiàn),在精度和主動激光應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O439
【圖文】：

圖 1-1 軌道快車原理樣機[1]在國內(nèi)，關(guān)于激光主動探測技術(shù)的研究也在不斷進行。在高精度壓電偏擺鏡的基礎(chǔ)之上，提出了一種激光主動探測技術(shù)[2]，該技術(shù)具有對目標(biāo)精確指向的功能。技術(shù)創(chuàng)新點是將光束指向與凝視型紅外相機相結(jié)合，實現(xiàn)對目標(biāo)跟蹤的雙模復(fù)合探測。紅外圖像經(jīng)處理，獲取目標(biāo)的坐標(biāo)，然后在目標(biāo)進入到激光探測器視場之后，將目標(biāo)位置信息傳遞給下一階段的探測設(shè)備，再經(jīng)由壓電偏擺臺根據(jù)上位機所給出的命令，對目標(biāo)進行跟蹤。圖 1-2 是該系統(tǒng)中的激光探測設(shè)備示意圖。

圖 1-1 軌道快車原理樣機[1]國內(nèi)，關(guān)于激光主動探測技術(shù)的研究也在不斷進行。在高精度壓之上，提出了一種激光主動探測技術(shù)[2]，該技術(shù)具有對目標(biāo)精確指向新點是將光束指向與凝視型紅外相機相結(jié)合，實現(xiàn)對目標(biāo)跟蹤的紅外圖像經(jīng)處理，獲取目標(biāo)的坐標(biāo)，然后在目標(biāo)進入到激光探測目標(biāo)位置信息傳遞給下一階段的探測設(shè)備，再經(jīng)由壓電偏擺臺根的命令，對目標(biāo)進行跟蹤。圖 1-2 是該系統(tǒng)中的激光探測設(shè)備示意

圖 1-3 SILEX 設(shè)備圖[12]，北京大學(xué)的王劍明等人對歐空局的 SILEX 激光通信終端進行式天線，它的視場為 750μrad。該激光通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比激光通信過程中，通過光學(xué)天線的開環(huán)指向，實現(xiàn)對目標(biāo)信號激光通信跟瞄系統(tǒng)的建立速度。該方案經(jīng)過實驗驗證，該系統(tǒng) 的 SILEX 激光通信終端有了極大的提升。

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本文編號：2794978