由于傾斜鏡采用了高精度、快速響應(yīng)的線性電機(jī)（音圈、壓電）,加上彈性支撐方式,很容易獲得高帶寬、高分辨率的閉環(huán)性能。因此,傾斜鏡在跟蹤精度高達(dá)微弧度級(jí)或亞微弧度級(jí)的光電跟蹤系統(tǒng)中起著必不可少的作用。在復(fù)合軸光電跟蹤系統(tǒng)中,傾斜鏡系統(tǒng)的功能在于校正粗跟蹤殘差以及抑制平臺(tái)傳遞的擾動(dòng)。綜合探測(cè)精度以及目標(biāo)識(shí)別的考慮,圖像傳感器（CCD、CMOS）通常作為精跟蹤探測(cè)器。由于圖像傳感器的積分成像以及圖像處理造成了控制系統(tǒng)時(shí)延,從而制約了傾斜鏡系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬。特別是在振動(dòng)條件下,由于動(dòng)力學(xué)行為復(fù)雜,模型難以精確獲得。另一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題來自于閉環(huán)控制中的振動(dòng)測(cè)量及其提取,那么傾斜鏡的控制方法就尤為關(guān)鍵。對(duì)于一個(gè)基于圖像的傾斜鏡跟蹤控制系統(tǒng),為了提高跟蹤性能最有效的辦法是提高帶寬以增加控制系統(tǒng)的增益,但是在傾斜鏡控制系統(tǒng)中的時(shí)延會(huì)限制控制系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬。系統(tǒng)中的時(shí)延主要包括兩個(gè)方面:第一個(gè)是圖像傳感器采樣頻率,因?yàn)閳D像傳感器成像需要大量的積分時(shí)間,另一個(gè)方面則是數(shù)據(jù)傳輸需要的時(shí)間。然而,很難減少跟蹤回路的時(shí)延,因?yàn)榉e分時(shí)間太短會(huì)影響圖像的成像質(zhì)量,處理數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)需要時(shí)間是不容易減少的。其次,分析... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)示意圖

傾斜鏡串級(jí)多回路控制及其振動(dòng)抑制技術(shù)研究2不可獲缺的部件，在光路中控制光束的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)視軸（LineofSight，LOS）穩(wěn)定與目標(biāo)跟蹤[15,16]。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，所觀測(cè)的目標(biāo)越來越遠(yuǎn)，因此要求所用相機(jī)的焦距長(zhǎng)度越高，從而對(duì)于視軸穩(wěn)定性的精度要求也越來越高。為了保證成像系統(tǒng)的質(zhì)量，相機(jī)在兩次曝光過程中的視軸抖動(dòng)應(yīng)盡可能小，以保證成像系統(tǒng)中的目標(biāo)在圖像中間且清晰穩(wěn)定。如圖1.2給出了同一相機(jī)在視軸穩(wěn)定精度分別為8urad和15urad時(shí)獲取的圖像，前者清晰度明顯高于后者[17]。傾斜鏡的響應(yīng)速度和跟蹤精度在很大程度上決定了光電跟蹤系統(tǒng)的跟蹤性能，因此研究先進(jìn)的傾斜鏡控制算法以提高光電跟蹤系統(tǒng)的視軸穩(wěn)定性能受到廣大科研人員的重視，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。圖1.2視軸穩(wěn)定精度對(duì)成像質(zhì)量的影響，引自文獻(xiàn)[17]Figure1.2Influenceofvisualaxisstabilityaccuracyonimagingquality光電跟蹤系統(tǒng)在應(yīng)用中因平臺(tái)工作而產(chǎn)生振動(dòng)會(huì)對(duì)視軸穩(wěn)定帶來很大的危害，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)的捕獲及跟蹤[18,19]。一般來說，基于傾斜鏡的光電跟蹤系統(tǒng)載體為船舶、車輛、飛機(jī)或衛(wèi)星等，這些載體在工作過程中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的影響和自身的工作而產(chǎn)生寬頻帶的振動(dòng)[20]。光電跟蹤系統(tǒng)的安裝方式有兩種，一是直接安裝在載體上，另一種是通過減振結(jié)構(gòu)與載體相連。對(duì)于載體振動(dòng)頻帶寬幅度大的情況，一般需要增加減振結(jié)構(gòu)來抑制載體振動(dòng)，達(dá)到被動(dòng)隔振的效果。傾斜鏡通常與跟蹤機(jī)架組合形成復(fù)合軸系統(tǒng)，因此可以對(duì)載體產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行二級(jí)穩(wěn)定，跟蹤機(jī)架具有一定的被動(dòng)減振能力和主動(dòng)減振能力，主要對(duì)載體中幅值較大的振動(dòng)進(jìn)行抑制，傾斜鏡可以對(duì)載體的全頻帶的振動(dòng)進(jìn)行抑制。傾斜鏡與機(jī)架之間一般直接固定連接，傾斜鏡基座受到的擾動(dòng)即為跟蹤機(jī)架衰?

傾斜鏡串級(jí)多回路控制及其振動(dòng)抑制技術(shù)研究4由表1.1可以得知使用音圈電機(jī)和壓電陶瓷的各自優(yōu)缺點(diǎn)。使用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傾斜鏡的顯著優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕且運(yùn)動(dòng)行程大，但是相較于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的傾斜鏡帶寬較低。相反，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的傾斜鏡具有較高帶寬而行程較校美國(guó)航天局（NASA）于20世紀(jì)80年代最先將傾斜鏡應(yīng)用于航天軍事領(lǐng)域，之后美國(guó)的其他研究部門也開始跟進(jìn)研究。近幾十年來，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，越來越多研究機(jī)構(gòu)對(duì)傾斜鏡進(jìn)行生產(chǎn)研發(fā)，不斷改進(jìn)傾斜鏡的設(shè)計(jì)以提升其性能。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的林肯實(shí)驗(yàn)室（Lincolnlaboratory）作為最早開始進(jìn)行傾斜鏡研究的機(jī)構(gòu)之一，于1990年設(shè)計(jì)出一款使用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高帶寬快速反射鏡（HighBandwidthSteeringMirror,HBSM）[23,24]，其用途是為了提高空間中激光通信的指向精度，如圖1.3所示。圖1.3MIT高帶寬快速反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖，引自文獻(xiàn)[23]Figure1.3StructuralschematicdiagramofMIT’sHBSM2007年，林肯實(shí)驗(yàn)室在HBSM的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研制出了改進(jìn)型快速反射鏡（AdvancedFastSteeringMirror,AFSM）[25,26]，如圖1.4所示。AFSM采用了新型的電磁驅(qū)動(dòng)器和新型的柔性支撐結(jié)構(gòu)。新型電磁驅(qū)動(dòng)器電流熱效應(yīng)更小，可提供的加速度為4000g；新型的柔性支撐結(jié)構(gòu)為彈性橡膠材料，其具有頻率相關(guān)的阻尼特性。因此，AFSM具有更好的性能，其在控制帶寬、角加速度等各方面性能超過了HBSM。

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本文編號(hào)：2908006