自适应光学系统中高速倾斜反射镜的稳定控制

分析了自适应光学系统中高速倾斜反射镜的机械谐振现象及其对控制稳定性和控制带宽的影响。根据测量数据建立了机械谐振的动态数学模型。讨论了低通滤波和双二阶网络滤波等几种可以减小倾斜反射镜机械谐振的方法。实验表明采用网络滤波技术后 ,高速倾斜反射镜的控制稳定性和控制带宽都得到了较大的改善。     

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.     

一种机械谐振下的控制带宽扩展方法

针对系统固有机械谐振影响光电稳定跟踪系统频带宽度的问题,提出了一种机械谐振下的控制带宽扩展方案。该方案借助系统频率特性测量方法,利用最小二乘参数辨识算法实现。试验结果表明,利用本文方案,速度闭环下的谐振峰值减小至原来的1/3,控制带宽提高了接近2倍,证明本文提出的方案能够有效实现机械谐振抑制,提高系统控制带宽,保证系统稳定性能。     

利用倾斜镜对太阳像作平场处理

提出一种利用高速倾斜反射镜对太阳像进行平场处理的新方法。介绍了此方法的原理和实际工作过程，并给出了实验结果。结果表明，应用高速倾斜反射镜可以非常有效地对太阳像进行平场处理，提高太阳像成像质量。     

倾斜光纤光栅温度传感透射光谱研究

利用耦合模原理,研究了倾斜光纤光栅的温度传感原理,分析了基模及高阶模透射谱的温度特性,仿真模拟了基模谐振波长和高阶模谐振波长的温度漂移特性,研究了倾斜角度对谐振波长的影响。结果表明:各个模式的谐振波长均随温度线性增长;倾斜角度的增加,中心波长不漂移,透射带宽变窄。其结果对倾斜Bragg光纤光栅的生产和应用具有一定的指导作用。     

中国科学院光电技术研究所的自适应光学研究进展

中国科学院光电技术研究所的自适应光学研究始于1979年。1980年建立自适应光学研究室,在突破了波前校正器(包括变形反射镜和高速倾斜反射镜)、波前传感器、波前处理机和波前控制等关键技术的基础上,研制了一系列自适应光学系统,用于天文望远镜、惯性约束聚变和人眼视觉研究等。     

抛物面反射镜光轴的确定

介绍了一种确定抛物面反射镜光轴的新方法。当抛物面反射镜绕着机械旋转轴旋转时,利用2束平行光(一束与机械旋转轴平行的光和一束与机械旋转轴成一定角度的斜平行光)经抛物面反射镜反射的像点运动,调整抛物面反射镜的位置,使光轴与机械旋转轴重合。理论分析结果表明：其定轴的倾斜误差不大于1′,平移误差不大于5μm。该方法可用于抛物面反射镜检验,也可用于抛物面反射镜的调校工艺中。     

基于两级高速倾斜镜闭环控制的光束稳定技术研究

在光束稳定系统中,受到传输介质和平台振动等因素的影响,通常同时存在能量与频率成反比特性的宽带扰动和平台机械谐振引起的在某个特定频率点出现的窄带扰动。为了解决光束稳定系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动的问题,设计了基于两级高速倾斜镜串联控制的光束稳定系统,提出了利用前级光束稳定系统校正窄带扰动,后级光束稳定系统校正宽带扰动的控制算法,实现了对大幅度高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。在相同条件下,对比了传统的控制方法和两级高速倾斜镜联合校正控制系统的残余误差。仿真和实验表明,提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束稳定系统中存在的扰动。     

集成串联环型谐振光滤波器特性的数值分析

将串联结构的环型谐振滤波器类比为四端口网络,利用传输矩阵法推导出通路和下话路传输函数的通用公式。对表征串联双环谐振滤波器响应的特性参量:幅度平坦性、通带带宽、相位群时延进行了数值计算和优化设计。结果表明:尽管损耗将引起滤波响应幅度的轻微降低,但在目前改善了的制作工艺下,损耗对器件的影响可以忽略;滤波器的传输特性主要由环与环间耦合系数决定,通过优化使其从中间到两侧对称增加,可以在实现滤波响应最大平坦性的同时,改善通带带宽和过渡带的滚降特性。与单环结构相比,不仅幅度特性得到了明显的改善,而且消除了二阶群时延色散效应。     

损耗对串联双微环谐振器滤波特性的影响

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下,当环间耦合系数确定时,分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子,以及伪模峰值透射率的影响,揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明:主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降,环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小,而带宽和形状因子...     

星间激光通讯中的精跟踪研究

星间激光通讯中，精跟踪起着十分重要的作用，而精密偏转镜(FSM)是精跟踪系统中最为关键的部件.基于光学矢量反射定律，推导得到了FSM的精确光学特性，这一特性为精跟踪控制系统提供了精确的理论依据.设计了基于FSM精确光学特性的精跟踪控制系统，对系统整定所用的单纯形法进行了两点重要改进，并对所设计的精跟踪系统进行了数字模拟，由此实现了对FSM的精确控制，提高了精跟踪系统的精确性；将光学衍射超分辨原理应用到星间激光通讯中.利用三区位相光瞳滤波器的超分辨性能，改变光学系统的点扩散函数，从而改变接收端焦平面上的光强分布.由此减小接收衍射光斑的大小，提高系统的光学分辨能力，从而提高精跟踪系统的精确性. 关键词： 星间激光通讯 精跟踪 精密偏转镜(FSM) 超分辨 光瞳滤波器     

滑模动态面控制在快速反射镜系统中的应用

针对快速反射镜系统在捕获、跟踪、瞄准过程中,由于外界环境以及音圈电机机械惯性和电磁惯性所引起的影响跟踪精度以及响应时间的不确定性干扰问题,提出了一种滑模动态面控制器(SMDSC)。此控制器引入跟踪微分器(TD)代替传统动态面控制中的一阶滤波器,改善了一阶惯性环节收敛速度和控制精度不理想的问题,另外控制器将滑模控制和动态面控制相结合,进一步提高了系统的抗干扰能力和跟踪精度。研究表明,设计的SMDSC与传统动态面控制、经典PID控制相比较,上升时间分别提高了62.5%、75%;调节时间分别提高了72%、88%;跟踪精度分别提升了75%、96%。     

电磁力滤波与快速反射镜光学补偿在潜航器光轴稳定控制中的应用

搭载在潜航器上的光电桅杆是光电跟瞄的重要装置.当潜航器在水下高速行进时,海水会在物体表面形成脱体边界层和涡街,涡街的生成和脱体会引起阻力和升力的大幅度波动,从而对光轴稳定性产生极大的扰动.本文首先基于电磁场和流体力学的基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法探讨了电磁流体表面控制对潜航器绕流流场的影响和消涡减振效果;其次,分析并获得了快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的结构特性、传递函数和PID控制策略;最后,以潜航器光路模型为研究背景,结合电磁流体的滤波特性和FSM的传递函数,论证了复合控制对潜载光电跟瞄系统稳定性提高的效果.结果表明,壁面流向电磁力能很好地调控潜航器绕流边界层,抑制涡激振动、减少光学系统的输入噪声,在此基础上通过FSM实现二次补偿,可以进一步提高光学系统跟踪的精度.本研究是电磁流体控制在光电领域的探索,也是对传统流体力学实验方法的拓展,因此具有一定的科学意义和实用价值.     

FSM在高精度瞄准线稳定系统中的应用研究

快速反射镜（fast-steering mirrors,简称FSM）是一种精确控制光束方向的装置。提出用一种基于压电陶瓷驱动的FSM补偿稳瞄系统中粗级平台的残余误差的方法,可以提高系统稳定精度,同时对采用FSM的高精度稳瞄系统进行了仿真。仿真结果表明:粗级平台稳定误差为110 rad,通过FSM补偿后的系统稳定误差不大于8 rad,即采用该方法可将稳定精度提高一个数量级以上。     

快速反射镜研究现状及未来发展

快速反射镜具有体积小、定位精度高、带宽高、响应速度快等优点，被广泛应用于激光通信、图像稳定系统、天文望远镜等光电系统中。为了对快速反射镜相关研究领域研究者提供一定便利，简要介绍了快速反射镜的工作原理，从多种角度介绍了快速反射镜的分类，并阐述了不同种类快速反射镜的技术特点及性能差异。从技术特点、性能指标、实际应用3方面介绍了多款国内外研究机构的快速反射镜产品。展望快速反射镜的几项关键技术，指出高闭环带宽、高控制精度和数字控制是快速反射镜的发展趋势。     

快速反射镜在像移补偿中的应用

本文提出了一种基于快速反射镜的像移补偿方法用于解决航空成像中的像移问题。首先通过计算航空相机在曝光时间内的像移速度证明了像移补偿的必要性;针对快速反射镜存在伺服模型不确定性的问题,设计了模型参考自适应控制器;最后通过实验验证了该算法的性能,结果显示:采用本算法后,快速反射镜的阶跃响应稳定时间降低了50%以上,在振动情况下快速反射镜的稳定精度都可以达到10μrad,精度比传统控制方案提升10倍以上。最终的像移补偿成像实验成功验证了基于快速反射镜的像移补偿方案有较高的工程应用价值。     

Research on six degrees of freedom compound control technology for improving photoelectric pod pointing accuracy

High line-of-sight (LOS) pointing precision is a prerequisite for improving the laser confrontation capability of a photoelectric interference pod. In a traditional photoelectric pod, the time delay in TV tracking reduces the system phase margin, system stability and LOS pointing precision. In view of this deficiency, a normalized LMS algorithm is introduced to compensate for the TV camera delay in the inner gimbal position loop of a two-axis and four-gimbal structure, which can allow a pod to avoid system phase margin reduction. Meanwhile, a fast steering mirror (FSM) system is used to improve the LOS pointing precision. First, this paper proposes a normalized LMS algorithm. Second, a compound control structure, with an outer gimbal analog controller and an inner gimbal lag–lead controller, is designed. Finally, the FSM beam control precision is analyzed. The experimental results show that the normalized LMS algorithm yields almost no delay; moreover, the azimuth and pitch beam control accuracies are greater by a factor of 15 and 3, respectively, compared with those of a conventional photoelectric pod.     

Tunable 12×10 GHz mode-locked semiconductor fiber laser incorporating a Mach-Zehnder interferometer filter

A stable multiwavelength mode-locked semiconductor fiber ring laser incorporating a fiber Mach-Zehnder interferometer (MZI) filter was proposed and experimentally demonstrated. A semiconductor optical amplifier (SOA) serves as an optically controlled mode-locking element due to gain exhaustion caused by external injected optical pulses. Another SOA severs as a constant-gain medium. A fiber MZI filter with a temperature control is incorporated into the fiber ring cavity to acquire a stable and tunable multiwavelength oscillation. Twelve wavelengths are synchronously mode-locked at 10 GHz, pulse width of mode-locked pulse are about 30 ps. Proposed multiwavelength mode-locked semiconductor fiber ring laser has some distinct advantages, such as simple and compact structure, easy integration, convenient tuning, good stability, potential high repetition rate operating, which has potential application in the future WDM communication system.     

数字控制单相全桥电压型逆变电路的改进离散迭代模型

针对数字控制单相全桥电压型逆变电路的非线性动力学特性分析,本文建立了一种改进离散迭代模型. 改进离散迭代模型结合了平均模型和传统离散迭代模型的优点, 能够精确分析数字控制延时以及采样保持过程对系统非线性动力学特性的影响, 可以在保证精确度的前提下显著降低离散迭代建模过程的复杂程度.本文以LC滤波器电容电压外环、电感电流内环反馈加给定电压前馈的数字控制系统为例,建立了数字控制单相全桥电压型逆变电路的改进离散迭代模型,采用新模型分析了系统的非线性动力学特性,并准确预测了系统的稳定范围以及失稳现象. 最后,利用SIMULINK仿真模型和物理实验验证了改进离散迭代模型的正确性和有效性. 关键词： 单相全桥逆变电路 离散迭代模型 数字控制 分岔