本文關(guān)鍵詞：快速高精度望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 望遠鏡 測距調(diào)焦 離軸系統(tǒng) 速度補償 電機控制

【摘要】：調(diào)焦是一個成像光學(xué)系統(tǒng)必須要做的工作,在科技發(fā)展的今天,我們對光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦不再通過目視比較而確定,而是通過數(shù)字成像分析。目前的調(diào)焦方式有很多種,有對比度法、相位法、測距法等。但不管哪種調(diào)焦方式,快速、高精度而又穩(wěn)定對焦是光學(xué)工作者一直追求的目標。目前的主流的調(diào)焦技術(shù)都采用兩種調(diào)焦方法—圖像調(diào)焦和測距調(diào)焦。圖像調(diào)焦法通過像質(zhì)反饋信息可以提高目標的定位精度,但是也存在對焦速度慢,物體與背景的對比度低時容易產(chǎn)生離焦問題。而測距調(diào)焦系統(tǒng)雖然直接反饋調(diào)焦系統(tǒng)的調(diào)節(jié)位移量,達到很快的對焦速度,但是由于沒有像質(zhì)反饋信息,無法根據(jù)像質(zhì)自我矯正,所以其調(diào)焦精度比較低。針對大地觀測反射望遠鏡的結(jié)構(gòu)特點及光學(xué)特性,望遠鏡常用的測距調(diào)焦的方法,但是簡單的測距調(diào)焦法無法滿足高精度和高速對焦的要求,本文提出了一種改進的測距調(diào)焦方式。通過精確仿真計算得到正焦位置與目標距離的關(guān)系,同時在閉環(huán)調(diào)焦平臺中針對實時調(diào)焦存在的延遲,提出了速度或者位移補償方法,既提高了調(diào)焦系統(tǒng)的對焦精度,也解決了動態(tài)調(diào)焦中因滯后造成的離焦問題。首先,本文對目前的不同種類的望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)作了簡要的介紹,詳細介紹了影響望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)的調(diào)焦誤差的內(nèi)部及外部因素,對有限遠物點產(chǎn)生的像差進行分析,指出了望遠鏡存在一定的焦深,重點研究卡塞格林望遠鏡的結(jié)構(gòu)、光路以及對焦誤差來源。其次,實現(xiàn)了對反射式望遠鏡的ZEMAX仿真分析。要實現(xiàn)高精度測距調(diào)焦,必須找到正確的正焦搜索方向,這就要求我們知道如何設(shè)計望遠鏡,以及如何分析成像質(zhì)量的好壞,借助ZEMAX軟件,可以很快找到正焦位置,實現(xiàn)了對正焦公式的修正。利用MATLAB仿真,采用了幾何光學(xué)的分析手段,提出了針對離軸望遠鏡的調(diào)焦方法—離軸調(diào)焦法最后,我們設(shè)計了自動調(diào)焦系統(tǒng)的硬件平臺,分析了自動調(diào)焦系統(tǒng)存在調(diào)焦滯后的原因,提出了對測距調(diào)焦系統(tǒng)的延遲補償方法。并測得了電機的靜態(tài)誤差,通過閉環(huán)試驗驗證了補償效果。
【關(guān)鍵詞】：望遠鏡 測距調(diào)焦 離軸系統(tǒng) 速度補償 電機控制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-19
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 自動調(diào)焦技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 國內(nèi)外自動調(diào)焦技術(shù)發(fā)展史13-14
• 1.2.2 常見的自動調(diào)焦技術(shù)14-17
• 1.3 研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)安排17-19
• 2 望遠鏡測距調(diào)焦的基本原理19-30
• 2.1 常見望遠鏡的對比19-21
• 2.2 目標的運動對正焦位置的影響21-24
• 2.2.1 光學(xué)成像的基本原理21-22
• 2.2.2 望遠鏡正焦位置的計算22
• 2.2.3 目標徑向運動對調(diào)焦的影響22-23
• 2.2.4 目標橫向運動對調(diào)焦的影響23-24
• 2.3 反射式望遠鏡對焦誤差的來源24-28
• 2.3.1 外部環(huán)境對正焦位置的影響24-25
• 2.3.2 望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的像差25-27
• 2.3.3 光學(xué)系統(tǒng)的焦深27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 3 反射式望遠鏡調(diào)焦仿真分析30-48
• 3.1 卡塞格林反射式望遠鏡的設(shè)計30-36
• 3.1.1 卡塞格林望遠鏡主次鏡面型的選擇30-32
• 3.1.2 卡塞格林望遠鏡非球面鏡的曲面方程32-34
• 3.1.3 卡塞格林望遠鏡ZEMAX建模分析34-36
• 3.2 共軸望遠鏡系統(tǒng)36-39
• 3.2.1 共軸望遠鏡調(diào)焦仿真分析36-38
• 3.2.2 共軸光學(xué)系統(tǒng)的正焦位置理論修正38-39
• 3.3 離軸望遠鏡系統(tǒng)39-47
• 3.3.1 離軸望遠鏡主要結(jié)構(gòu)及其特點39-40
• 3.3.2 離軸望遠鏡系統(tǒng)一維調(diào)焦仿真分析40-42
• 3.3.3 離軸望遠鏡系統(tǒng)二維調(diào)焦仿真分析42-45
• 3.3.4 離軸望遠鏡系統(tǒng)次鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)焦仿真分析45-46
• 3.3.5 離軸望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)的離軸角與離軸量46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 測距調(diào)焦系統(tǒng)延遲補償分析及實驗驗證48-69
• 4.1 測距調(diào)焦系統(tǒng)延遲及補償方法48-53
• 4.1.1 測距調(diào)焦系統(tǒng)的延遲模型48-49
• 4.1.2 速度補償法49-50
• 4.1.3 基于軌跡預(yù)測法的位移補償方案50-51
• 4.1.4 補償精度分析51-53
• 4.2 測距調(diào)焦系統(tǒng)硬件平臺53-55
• 4.2.1 DSP&FPGA介紹54
• 4.2.2 DSP與FPGA通信原理54-55
• 4.3 調(diào)焦系統(tǒng)的電機控制55-62
• 4.3.1 二相混合式步進電機數(shù)學(xué)模型56-57
• 4.3.2 步進電機頻矩特性57-58
• 4.3.3 二相混合式步進電機細分驅(qū)動原理58-59
• 4.3.4 步進電機定位精度測試59-61
• 4.3.5 步進電機速度和方向控制61-62
• 4.4 調(diào)焦系統(tǒng)閉環(huán)實驗62-68
• 4.4.1 目標徑向運動62-66
• 4.4.2 目標橫向運動66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 5 總結(jié)與展望69-71
• 5.1 本文的主要工作69
• 5.2 本文的主要創(chuàng)新點69-70
• 5.3 未來工作展望70-71
• 參考文獻71-74
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果74

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李筠,張培茗,陳家璧,許隴云;多層光盤調(diào)焦系統(tǒng)實驗分析[J];儀器儀表學(xué)報;2005年S2期

2 龐亞軍;高精度紅外光電調(diào)焦[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;1992年03期

3 張圣卓;劉吉曉;李松晶;;采用無閥微泵的微調(diào)焦系統(tǒng)特性研究[J];液壓與氣動;2010年09期

4 鄭浩;隋成華;王河林;魏高堯;姚鋮;;角膜地形圖儀中調(diào)焦函數(shù)的選取及搜索方法[J];光學(xué)儀器;2013年03期

5 王保安;;調(diào)焦瞄準光學(xué)系統(tǒng)的誤差分析與測量[J];計量技術(shù);1981年06期

6 李筠,張培茗,陳家璧,許隴云;波導(dǎo)多層光盤調(diào)焦系統(tǒng)仿真研究與實驗分析[J];儀器儀表學(xué)報;2005年S1期

7 姚鋮;隋成華;魏高堯;王河林;石文淵;;自動驗光儀中圖像處理與調(diào)焦準確性的研究[J];光學(xué)儀器;2012年06期

8 周季鋒;;DSP在紅外調(diào)焦系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];中國水運(下半月);2008年11期

9 李清軍;一種新型視頻調(diào)焦方法的研究[J];光學(xué)精密工程;1998年03期

10 程顯富;朱如鵬;;數(shù)字查片儀的調(diào)焦原理及實現(xiàn)方法[J];國內(nèi)外機電一體化技術(shù);2006年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李筠;張培茗;陳家璧;許隴云;;多層光盤調(diào)焦系統(tǒng)實驗分析[A];第七屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

2 張圣卓;劉吉曉;李松晶;;采用無閥微泵的微調(diào)焦系統(tǒng)特性研究[A];中國機械工程學(xué)會流體傳動與控制分會第六屆全國流體傳動與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

3 何平安;張劍;陳海波;;基于圖像處理的自動調(diào)焦系統(tǒng)[A];2009年全國測繪儀器綜合學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

4 李筠;張培茗;陳家璧;許隴云;;波導(dǎo)多層光盤調(diào)焦系統(tǒng)仿真研究與實驗分析[A];第三屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許曉亮;快速高精度望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計[D];中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

2 行長印;基于圖像信息的自動視頻調(diào)光調(diào)焦[D];長春理工大學(xué);2009年

3 劉娟;刀具預(yù)調(diào)儀的調(diào)焦技術(shù)應(yīng)用研究[D];中北大學(xué);2015年

4 柳萬勝;基于金屬光柵的調(diào)焦系統(tǒng)研制[D];電子科技大學(xué);2008年

5 孫國強;基于FPGA的自調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2010年

6 陳宏;一種數(shù)字式自動調(diào)焦方法的研究[D];浙江大學(xué);2007年

7 馬媛;基于的DSP直流伺服系統(tǒng)在調(diào)焦系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2006年

8 錢首尚;高精度曲面光刻實時調(diào)焦技術(shù)的研究[D];大連海事大學(xué);2008年

9 熊駿;基于圖像的紅外導(dǎo)引頭調(diào)焦技術(shù)[D];華中科技大學(xué);2005年

10 劉春娟;基于ARM的自動調(diào)光調(diào)焦控制系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所);2012年

，

本文編號：665640