基于快速反射镜的光束指向稳定技术

论文摘要

随着光学系统的应用领域不断扩展,凝集大量研究成果的装备走出实验室、进入实际应用环境,例如远程高能激光输送系统、空间光通信、高精度激光加工设备、测量设备和车、机、弹等运载激光系统。然而,光学系统(尤其是大型的、复杂的光学系统)极易受到使用环境中各种动态干扰的影响,环境温度变化、大气湍流、灰尘烟雾、以及各种原因引起的机械振动,都会不同程度地影响光学系统的性能,甚至导致系统无法正常工作,严重地阻碍了光学系统的实用化进程。本文以光机电一体化技术为背景,研究了振动环境中的光束跟踪、指向稳定技术,所完成的主要工作有:设计了一套以快速反射镜和位置敏感探测器为主要功能模块的光束精跟踪系统;针对在远距离传输中光束指向不稳定造成的到达目标的光斑漂移、抖晃问题,提出一种光束指向稳定控制方案;建立了快速反射镜的机电动力学模型以及精跟踪系统的仿真分析模型,进行了数值仿真计算,得到了合理的数值仿真结果;根据系统方案搭建了实验平台,并详细介绍了控制系统硬件电路以及相关的软件算法;最后,通过实验对光束精跟踪系统方案和光束指向稳定控制方案进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光机电一体化技术
• 1.3 光束跟踪和指向稳定技术
• 1.3.1 光束跟踪技术
• 1.3.2 光束指向稳定技术
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 光束跟踪和指向稳定系统实现
• 2.1 光束精跟踪技术系统方案
• 2.2 光束指向稳定控制系统方案
• 2.3 系统组成器件及参数
• 2.3.1 光源
• 2.3.2 快速反射镜
• 2.3.3 分束镜
• 2.3.4 位移检测装置
• 2.3.5 扰动模拟装置
• 2.3.6 DSP控制器
• 2.4 快速反射镜的建模
• 2.4.1 音圈电机驱动器基本原理及模型
• 2.4.2 快速反射镜机电动力学模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字控制系统设计
• 3.1 数字控制系统简介
• 3.2 系统数字化模拟分析
• 3.2.1 传感器响应带宽
• 3.2.2 信号采样频率
• 3.2.3 控制算法的实时性
• 3.3 数字控制系统硬件设计
• 3.3.1 信号采集、处理部分
• 3.3.2 A/D转换、运算处理部分
• 3.3.3 功率驱动部分
• 3.4 数字控制系统软件设计
• 3.4.1 A/D转换部分
• 3.4.2 输出量计算部分
• 3.4.3 SPI输出部分
• 3.5 本章小结
• 第四章 振动环境下的快速反射镜精跟踪系统
• 4.1 精跟踪系统仿真
• 4.1.1 系统模型的建立
• 4.1.2 PID控制算法
• 4.1.3 仿真算例
• 4.2 实验结果与分析
• 4.3 有待改进的地方
• 4.4 本章小结
• 第五章 光束指向稳定控制系统实验
• 5.1 实验系统组成
• 5.2 实验结果与分析
• 5.3 有待改进的地方
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果