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旋转双棱镜光束指向控制技术综述 被引量：24
1
作者 范大鹏 周远 +3 位作者 鲁亚飞 黑墨 熊飞湍 李凯 《中国光学》 EI CAS 2013年第2期136-150,共15页
旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益... 旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益补充。本文分析了双棱镜系统的光束指向调整机制;介绍了国内外相关基础研究的热点问题,主要涉及光束转向机制、光束扫描模式、棱镜回转控制以及棱镜引起的光束变形、成像色差、成像畸变的研究。文中描述了该项技术的应用进展,给出了利用该项技术开发的典型产品以及该项技术在激光光束指向调整和目标搜索、识别与跟踪成像方面的应用。最后,探讨了旋转棱镜在扫描模式、光束质量、成像色差与畸变、回转控制等方面面临的技术难题,并对其发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 旋转双棱镜 光束指向 自由空间光通信 红外对抗
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旋转双棱镜光束指向的反向解析解 被引量：14
2
作者 周远 鲁亚飞 +3 位作者 黑沫 熊飞湍 李凯 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1693-1700,共8页
用旋转双棱镜系统控制光束指向时,需要由光束的目标指向位置推算两棱镜的旋转角度(称为反向问题)。本文采用一阶近轴近似方法和非近轴光线追迹方法探讨了旋转双棱镜系统反向问题的完整解析解。首先,基于一阶近轴理论,利用中心算法分析... 用旋转双棱镜系统控制光束指向时,需要由光束的目标指向位置推算两棱镜的旋转角度(称为反向问题)。本文采用一阶近轴近似方法和非近轴光线追迹方法探讨了旋转双棱镜系统反向问题的完整解析解。首先,基于一阶近轴理论,利用中心算法分析了反向问题的近似解。然后,基于矢量形式的斯涅尔定律对系统进行非近轴光线追迹,用两步算法推算出反向问题的精确解。对比分析两种方法所得的反向解差异并设计实验对结果进行了比较和验证。结果表明,针对一个确定的光束目标指向位置,存在两套反向解。相对一阶近轴近似方法,非近轴光线追迹法推算的反向解更加准确。对于大偏转角度的旋转双棱镜光束指向系统,非近轴光线追迹法是推算其精确反向解的有效方法。 展开更多
关键词 光通信 光束指向 旋转双棱镜 一级近轴近似 非近轴光线追迹 反向解析解
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旋转双棱镜光束指向解析解 被引量：14
3
作者 周远 鲁亚飞 +3 位作者 黑沫 熊飞湍 李凯 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1373-1379,共7页
光束指向机构实现光束指向调整时,需要搞清两棱镜的方位与出射光束指向位置之间的关系。本文采用一级近轴近似方法和非近轴光线追迹方法研究了旋转双棱镜指向系统的光束指向机制,由两棱镜的旋转角度推算出了出射光束指向的解析公式。对... 光束指向机构实现光束指向调整时,需要搞清两棱镜的方位与出射光束指向位置之间的关系。本文采用一级近轴近似方法和非近轴光线追迹方法研究了旋转双棱镜指向系统的光束指向机制,由两棱镜的旋转角度推算出了出射光束指向的解析公式。对比分析了两种方法的研究结果并设计旋转双棱镜光束指向实验进行了验证。结果显示,非近轴光线追迹方法能准确地描述系统光束偏转机制,而传统的一级近轴近似方法的分析结果与实验值存在偏差,且光束的偏转角越大,偏转角的一级近轴近似解与实验值的差异越明显。当两棱镜旋转角之差为90°时,光束方位角的一级近轴近似解与实验值的差异最大。实验表明,对于大偏转角度旋转双棱镜光束指向系统,应采用非近轴光线追迹方法来探讨其光束偏转机制。 展开更多
关键词 光通信 光束指向 旋转双棱镜 一级近轴近似 非近轴光线追迹
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激光通信旋转双棱镜系统误差对指向精度的影响 被引量：7
4
作者 邱赛 盛磊 +2 位作者 高世杰 刘永凯 宋一诺 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1281-1290,共10页
分析了旋转双棱镜系统存在的误差源,根据误差源,采用光线矢量传播方法建立了光束指向模型,基于光束指向模型求旋转双棱镜系统出射光束指向偏差对系统误差的偏导数;在指向区域中,根据各个误差的测量精度分析误差对指向精度的影响。仿真... 分析了旋转双棱镜系统存在的误差源,根据误差源,采用光线矢量传播方法建立了光束指向模型,基于光束指向模型求旋转双棱镜系统出射光束指向偏差对系统误差的偏导数;在指向区域中,根据各个误差的测量精度分析误差对指向精度的影响。仿真计算结果表明,理论指向偏差最大值为0.3620°,理论指向偏差均方根为0.0470°;桌面实验结果表明,在99.54%的指向区域中,实验偏差最大值为0.3563°,实验偏差均方根为0.0233°,均小于仿真计算值。这一结果表明,本文对旋转双棱镜系统的误差分析较为准确,对旋转双棱镜平台的设计和补偿修正具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 激光通信 旋转双棱镜 指向模型 误差分析
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旋转双棱镜指向系统转角补偿偏差修正方法 被引量：5
5
作者 邱赛 盛磊 +3 位作者 高世杰 刘永凯 伞晓刚 吴佳彬 《光通信技术》 2021年第2期41-45,共5页
针对旋转双棱镜系统解算困难、误差源众多和指向精度较低的问题,提出了一种补偿旋转双棱镜指向系统转角的修正方法,采用求偏导和建立全微分方程的方法建立光束指向误差与棱镜转角误差关系,解算出补偿角。经实验验证:在99.57%的指向区域... 针对旋转双棱镜系统解算困难、误差源众多和指向精度较低的问题,提出了一种补偿旋转双棱镜指向系统转角的修正方法,采用求偏导和建立全微分方程的方法建立光束指向误差与棱镜转角误差关系,解算出补偿角。经实验验证:在99.57%的指向区域中,指向偏差最大值由1.8742°降低为1.4753°,均方根由0.1401°降低为0.0893°,补偿棱镜转角修正方法可有效提高指向精度。 展开更多
关键词 激光通信 旋转双棱镜 指向模型 偏差修正 系统误差
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基于神经网络的消色差旋转双棱镜反向解算 被引量：1
6
作者 罗昊鑫 姚宇翔 +1 位作者 潘文武 游安清 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期61-67,共7页
为了实现基于双棱镜的光电跟踪平台,需要根据光束指向精确求解两棱镜转角。基于非近轴光线追迹法与二步法,利用神经网络拟合了消色差旋转双棱镜角度差值与偏转角之间的关系,并在求解方位角与消色差旋转双棱镜两组棱镜转角的时候,将其中... 为了实现基于双棱镜的光电跟踪平台,需要根据光束指向精确求解两棱镜转角。基于非近轴光线追迹法与二步法,利用神经网络拟合了消色差旋转双棱镜角度差值与偏转角之间的关系,并在求解方位角与消色差旋转双棱镜两组棱镜转角的时候,将其中的非线性关系与线性关系分开,利用神经网络对其中的非线性关系进行了拟合,最终得到了消色差旋转双棱镜转角与出射光束指向的数值关系。实验表明,在仅用3层神经网络共20个神经元的条件下,得到了两棱镜旋转角度反向解算值达到了0.0001°量级。 展开更多
关键词 旋转双棱镜 反向解析解 消色差 光束指向 非近轴光线追迹
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基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术 被引量：3
7
作者 王俊尧 宋延嵩 +1 位作者 刘洋 张季丰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期225-236,共12页
提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反... 提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 旋转双棱镜 光束偏转 复合跟踪 光轴修正 跟踪精度
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测风激光雷达双棱镜2维扫描系统的光学设计
8
作者 蒋佳佳 沈法华 +3 位作者 周慧 杨亮亮 仇成群 徐华 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期425-431,共7页
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂,不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜,研究了新型2维光学扫描系统;分析了系统的工作原理,推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简... 传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂,不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜,研究了新型2维光学扫描系统;分析了系统的工作原理,推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式,对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时,最优设计楔角为19.5°;出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角,还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成,能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描,也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。 展开更多
关键词 光学设计 2维扫描系统 测风激光雷达 旋转双楔形棱镜 光束指向 正反解
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机电装备运动控制软件功能库开发 被引量：3
9
作者 吴继春 许可 +1 位作者 陈凌宇 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期57-68,共12页
运动控制功能库是集成在可编程集成环境中的标准功能块集合,对于快速开发可重构PAC系统具有重要意义。为解决功能块的快速开发和控制系统的标准化开发问题,对功能块开发方法和关键技术进行研究,提出了一种基于PLCopen规范的运动控制功... 运动控制功能库是集成在可编程集成环境中的标准功能块集合,对于快速开发可重构PAC系统具有重要意义。为解决功能块的快速开发和控制系统的标准化开发问题,对功能块开发方法和关键技术进行研究,提出了一种基于PLCopen规范的运动控制功能库架构及其快速开发方法。对经典机电设备的伺服控制原理进行研究和分析,在国产编程开发工具上开发了一系列运动控制功能库。然后,基于“软件定义机器”思想,利用图形化的编程方式构建机电装备的运动控制系统,并在高精度旋转双棱镜等平台上进行验证。实验结果表明,所开发的功能块及系统能够完成目标运动,且自主可控系统的插补精度达到0.3 mm。因此,本文所提出的功能块的开发方法和功能库架构能够满足大部分机电设备的控制需要。 展开更多
关键词 运动控制 自主可控 软件定义机器 旋转双棱镜
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