机载激光通信系统精跟踪单元变结构控制技术 被引量：20

1

作者 宋延嵩 佟首峰 +1 位作者 姜会林 宋鸿飞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期934-938,共5页

APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分。通过对精跟踪伺服单元结... APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分。通过对精跟踪伺服单元结构的分析及复合轴APT系统对精跟踪单元的要求,设计了精跟踪的控制函数模型。根据不同飞行平台振动环境的特点,实现了变结构的精跟踪智能控制,使精跟踪的控制精度达到最优,并进行了MATLAB仿真验证。最后,经过APT复合轴的室内实验系统测试得出:在几种典型的机载平台环境下,最终的跟踪精度都保持在3μrad左右。 展开更多

关键词 机载激光通信 复合轴控制 精跟踪 变结构控制

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库德式激光通信终端粗跟踪技术 被引量：5

2

作者 白杨杨 陈力兵 +2 位作者 孟立新 张乐仪 张立中 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1931-1939,共9页

在库德式通信终端中,望远单元和库德反射镜与电荷耦合器(CCD)探测器之间的相对运动导致光路结构随通信终端姿态变化而改变,使得控制难度增大。为解决这一问题,利用矩阵光学方法建立库德式激光通信终端的CCD测角模型,设计基于模型-PID的... 在库德式通信终端中,望远单元和库德反射镜与电荷耦合器(CCD)探测器之间的相对运动导致光路结构随通信终端姿态变化而改变,使得控制难度增大。为解决这一问题,利用矩阵光学方法建立库德式激光通信终端的CCD测角模型,设计基于模型-PID的控制算法,搭建实验测试系统验证了该算法在瞄准、捕获和跟踪过程中的性能。结果表明:利用实测数据对测角模型进行静态验证时,计算精度的均方根误差优于9μrad;加入角速度0.1°/s、幅值0.1°的正弦扰动信号进行跟踪测试时,实测动态跟踪误差的标准差优于21μrad(1σ),满足激光通信对于粗跟踪单元50μrad(1σ)跟踪精度的需求。 展开更多

关键词 激光通信终端 库德光路 电荷耦合器 测角模型 瞄准、捕获和跟踪

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空间激光通信地面测试中发散角放大的光场分布及光学实现 被引量：1

3

作者 胡源 高天元 +2 位作者 江伦 程德文 董科研 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第9期82-88,共7页

为了解决远距离能量传输问题,当空间激光通信终端搭载卫星平台时,激光光束的发散角通常都非常小,典型的为10?rad量级。但是在地面近距离测试中,必须适当的放大发散角,以保证在一定跟踪精度下,通信终端始终能在信标和通信光束指向范围内... 为了解决远距离能量传输问题,当空间激光通信终端搭载卫星平台时,激光光束的发散角通常都非常小,典型的为10?rad量级。但是在地面近距离测试中,必须适当的放大发散角,以保证在一定跟踪精度下,通信终端始终能在信标和通信光束指向范围内。本文以对波前光强分布最为敏感的通信光为例,对不同通信距离和不同位置的光强分布进行理论建模和模拟仿真,分析其对通信的影响,为空间激光通信地面测试提供科学的试验方法和试验思路。同时,对比离焦和固定倍率两种发散角放大方法的优劣,以某空间激光通信光端机地面测试为例,给出优化实现方案及结果,为空间激光通信地面测试进一步积累经验。 展开更多

关键词 空间激光通信 地面测试 发散角 离焦 固定倍率

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深空激光通信系统方案设计和视轴对准技术研究

4

作者 吕春雷 佟首峰 姜会林 《光通信技术》 CSCD 北大核心 2012年第4期1-4,共4页

在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式,美国已经着手开展这方面的研究工作,在国内尚未有任何报道,针对这种情况,以火星对地球深空激光通信为研究对象,在对外部约束条件进行了分析的基础上,提出了通信分系统和捕... 在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式,美国已经着手开展这方面的研究工作,在国内尚未有任何报道,针对这种情况,以火星对地球深空激光通信为研究对象,在对外部约束条件进行了分析的基础上,提出了通信分系统和捕获、跟踪、瞄准(APT)分系统两大分系统的设计原则,并对系统关键参数进行了详细设计,在此基础上提出了一种基于自然天体成像的捕获和对准概念,作为国内对深空激光通信整体方案的首次初探。 展开更多

关键词 深空激光通信 深空探测 捕获、跟踪、瞄准

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基于线性自抗扰控制的激光通信跟瞄机构机电联合仿真 被引量：3

5

作者 王文渊 白杨杨 +5 位作者 张立中 孟立新 王劲凯 范涛 张暾 张凯强 《机床与液压》 北大核心 2022年第22期150-156,共7页

为分析空间激光通信组网从光端机跟瞄机构的性能、提高跟踪精度,对跟瞄机构的控制与仿真技术展开研究。建立跟瞄机构机械系统模型,设计基于线性自抗扰控制的控制系统;使用ADAMS和Simulink搭建机电联合虚拟样机,完成跟瞄机构跟踪性能的... 为分析空间激光通信组网从光端机跟瞄机构的性能、提高跟踪精度,对跟瞄机构的控制与仿真技术展开研究。建立跟瞄机构机械系统模型,设计基于线性自抗扰控制的控制系统;使用ADAMS和Simulink搭建机电联合虚拟样机,完成跟瞄机构跟踪性能的仿真分析。结果表明:基于LADRC的联合仿真控制系统消除了摩擦扰动造成的速度跟踪死区,跟踪精度优于传统PID控制;对频率为0.1 Hz的正弦信号跟踪误差最大值为105μrad,符合跟瞄机构的指标要求,可以作为实物样机研发的参考依据。 展开更多

关键词 自抗扰控制 Stribeck摩擦模型 虚拟样机 联合仿真

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机载光通信复合轴光路优化设计和跟瞄技术研究 被引量：8

6

作者 吕春雷 佟首峰 宋延嵩 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期649-653,共5页

根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态... 根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态范围达5mrad,跟踪精度达3μrad,并成功实现通信距离17.5km、通信速率1.5Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验. 展开更多

关键词 机载激光通信 跟踪精度 粗精复合轴

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高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究 被引量：6

7

作者 李永亮 姜会林 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1274-1276,共3页

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成... 在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值. 展开更多

关键词 激光 能量密度分布 远场 测试方法

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空间光通信组网主光端机精跟踪控制技术研究 被引量：5

8

作者 范涛 张立中 +3 位作者 孟立新 白杨杨 张暾 张凯强 《激光杂志》 CAS 北大核心 2021年第11期112-117,共6页

空间光通信组网的视轴稳定跟踪是建立通信链路的前提,为提高激光通信可靠性,对激光通信组网主光端机精跟踪控制技术进行研究。首先,阐述组网“一对四”主光端机系统原理,针对主光端机存在的粗跟踪残差以及内外部的非线性扰动问题,设计... 空间光通信组网的视轴稳定跟踪是建立通信链路的前提,为提高激光通信可靠性,对激光通信组网主光端机精跟踪控制技术进行研究。首先,阐述组网“一对四”主光端机系统原理,针对主光端机存在的粗跟踪残差以及内外部的非线性扰动问题,设计模糊自抗扰控制方法,改进非线性误差反馈率,自适应调整参数,不断修正当前的控制信号。搭建传统PID、自抗扰以及模糊自抗扰三种控制仿真模型,结果表明:在50μrad-25 Hz正弦扰动以及施加白噪声下,其均方根值误差达到1.43,与PID以及自抗扰控制方法相比较,跟踪精度提高75%和64%,满足空间光通信组网系统对响应速度、跟踪精度的要求。 展开更多

关键词 激光通信组网 精跟踪 主光端机 模糊自抗扰

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空间组网光通信粗跟踪系统的模型预测控制 被引量：2

9

作者 张凯强 张立中 +3 位作者 白杨杨 孟立新 张暾 范涛 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第5期17-22,共6页

针对一对多组网光通信粗跟踪伺服控制系统,通过解析法和正弦扫频辨识建立了粗跟踪系统的模型,然后依据数学模型设计了模型预测控制器(MPC),进行了与比例-积分-微分(PID)控制器的对照实验。实验结果表明MPC控制器能以10μrad的误差跟踪0.... 针对一对多组网光通信粗跟踪伺服控制系统,通过解析法和正弦扫频辨识建立了粗跟踪系统的模型,然后依据数学模型设计了模型预测控制器(MPC),进行了与比例-积分-微分(PID)控制器的对照实验。实验结果表明MPC控制器能以10μrad的误差跟踪0.1 Hz的正弦信号,跟踪精度是PID控制器的两倍。在叠加了50 Hz,幅值1.8 m随机噪声的情况下,MPC控制器的最大稳态跟踪误差为55μrad,只有PID控制器最大稳态跟踪误差的一半。并且在运动平台的粗跟踪实验中,MPC控制器的稳态误差最大为15μrad,PID控制器的稳态误差最大为25μrad。表明MPC控制器可以有效提高一对多光通信粗跟踪控制效果。 展开更多

关键词 光通信 组网 激光通信 粗跟踪 模型预测控制

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红外辐射式干扰弹能量测量装置研究 被引量：4

10

作者 常帅 高秀伟 +2 位作者 佟首峰 宋延嵩 董岩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期247-251,共5页

为了实现对干扰弹能量及特性的非接触式测量,开展了基于红外辐射式干扰弹能量测量装置研究。首先,针对干扰弹的能量和辐射的波段等特点进行了总结和提炼;接着,确定了用红外辐射能量的量级来表征干扰弹的能量及其特性;然后,在以上的理论... 为了实现对干扰弹能量及特性的非接触式测量,开展了基于红外辐射式干扰弹能量测量装置研究。首先,针对干扰弹的能量和辐射的波段等特点进行了总结和提炼;接着,确定了用红外辐射能量的量级来表征干扰弹的能量及其特性;然后,在以上的理论基础上,对红外辐射的能量测量进行仿真和研制,包括探测器的选取与应用设计,模拟信号处理和数字信号的处理,采用相关测量方法对能量进行检测以及计算。最后,介绍了红外测量装置的具体实现方法以及优势。实验结果表明：红外辐射能量测量装置的响应时间小于2.5ms;探测灵敏度优于2.5×108cm·Hz1/2·W-1。基于红外辐射式的能量测量系统成功实现了对1~21μm的长波红外能量的准确测量,且具有较高的灵敏度和较低的相应时间。 展开更多

关键词 红外辐射 干扰弹 高灵敏度 快速响应 相关测量法

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长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计 被引量：15

11

作者 江伦 黄玮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期1867-1871,共5页

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统... 为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。 展开更多

关键词 中波红外 衍射元件 变焦距系统 光学设计

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次镜支撑结构硬涂层阻尼减振设计与仿真 被引量：3

12

作者 王劲凯 孟立新 +2 位作者 张立中 王佳男 张暾 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期320-328,共9页

为了提高大口径空间望远镜次镜支撑结构的动力学特性,获得更好的成像质量,在对比了目前减振方式优缺点的基础上,提出了一种将阻尼硬涂层涂覆在次镜支撑薄壁梁上进行减振的方法。首先以硬涂层-次镜支撑复合结构综合性能最优为目标分析了... 为了提高大口径空间望远镜次镜支撑结构的动力学特性,获得更好的成像质量,在对比了目前减振方式优缺点的基础上,提出了一种将阻尼硬涂层涂覆在次镜支撑薄壁梁上进行减振的方法。首先以硬涂层-次镜支撑复合结构综合性能最优为目标分析了硬涂层的最佳涂覆厚度和弹性模量,然后在此基础上用ANSYS分析了次镜支撑结构涂覆硬涂层前后的加速度响应曲线,最后利用Zemax和Matlab等软件分别从镜片刚体位移和镜面面型变化两个角度分析了硬涂层减振对光学成像性能的影响。分析结果表明,在一个6 g量级的正弦激励作用下,涂覆硬涂层后次镜组件在X、Y、Z三个方向上的加速度响应较涂覆前均下降了30%~50%,光学系统成像质量和次镜面型精度也有很大提高。 展开更多

关键词 阻尼减振 次镜支撑减振 有限元分析 硬涂层 光学性能

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大尺寸电磁振镜的RDLS-DE算法辨识 被引量：2

13

作者 张暾 孟立新 +3 位作者 张立中 白杨杨 张凯强 范涛 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第2期7-14,共8页

针对大尺寸电磁振镜系统,提出“递推阻尼最小二乘—差分进化”算法进行系统辨识。首先通过递推阻尼最小二乘法对该系统进行初步模型辨识后,得到相对准确的种群范围,在此辨识基础上选择小范围的种群作为差分进化算法的初始化种群,经过反... 针对大尺寸电磁振镜系统,提出“递推阻尼最小二乘—差分进化”算法进行系统辨识。首先通过递推阻尼最小二乘法对该系统进行初步模型辨识后,得到相对准确的种群范围,在此辨识基础上选择小范围的种群作为差分进化算法的初始化种群,经过反复变异、交叉和选择,最终辨识出待辨识参数的最优值。通过对该方法进行仿真辨识和实验验证,结果表明,在收敛速度基本不变的情况下,辨识结果波动更加平稳,辨识精度进一步提高。证明优化后的种群范围,可在其他参数不变的情况下,辨识精度相对于传统的差分进化算法的可提高1×10^(5)。实验结果表明,该算法的辨识结果精确,在振镜伺服控制领域有一定价值。 展开更多

关键词 激光通信 模型辨识 递推阻尼最小二乘法 差分进化算法 大尺寸电磁振镜系统

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光学天线支撑结构自由阻尼层减振技术研究

14

作者 王佳男 孟立新 +1 位作者 张立中 王劲凯 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第6期17-23,共7页

为了提高光学天线在微振动环境下的动力学特性,优化光学系统的成像质量,可以将自由阻尼层喷涂在次镜支撑薄梁的表面来达到减振降噪的目的。首先通过Zemax以及Minitab确定微振时次镜离焦对成像质量的影响,在此基础上分析了自由阻尼层减... 为了提高光学天线在微振动环境下的动力学特性,优化光学系统的成像质量,可以将自由阻尼层喷涂在次镜支撑薄梁的表面来达到减振降噪的目的。首先通过Zemax以及Minitab确定微振时次镜离焦对成像质量的影响,在此基础上分析了自由阻尼层减振的原理并在时域上对次镜的离焦量进行了数学建模。其次,通过Ansys进行瞬态动力学分析,提取时域上次镜的离焦量后用Matlab进行曲线拟合并与所得数学模型的曲线进行对比。分析结果表明,在0.2 g量级的正弦扰动下,铝合金制光学天线支撑结构表面喷涂0.5 mm厚的NiCrAlY自由阻尼层材料时,光学天线最大离焦量降低了21.9%,有效地提高了光学系统的抗振特性和成像质量。 展开更多

关键词 阻尼减振 动力学分析 自由阻尼层 次镜支撑结构减振 成像质量

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