田思恒 1,2,3,4黄永梅 2,3,4,5,*徐杨杰 2,3,4,5南新元 1[ ... ]唐薇 2,3,4,5
1 新疆大学电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
4 中国科学院光电技术研究所光束控制重点实验室，四川 成都 610209
5 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
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光学成像系统 离轴望远镜 次镜 离焦光斑 神经网络 快速调整 optical imaging system off-axis telescope secondary mirror defocused spot neural Networks quick adjustment 
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北 武汉 430064
4 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110167
Overview: The fast steering mirror is an important component of a high-precision photoelectric tracking system. Fast steering mirrors are generally driven by voice coil motors with high linearity, high sensitivity, and high bandwidth to ensure adequate tracking and anti-interference accuracy of the whole system. In recent years, with the expansion of applications, the photoelectric tracking system has expanded from a fixed platform mounted on a foundation to a moving platform. However, the environment in which the motion platform is located is more severe and the internal and external interference caused by the carrier attitude change will be more complex and intense, leading to a serious decrease in the accuracy of the visual axis stabilization, and even make the tracking target out of the field of view and lose the target. In general, for the photoelectric tracking system in a moving platform, the traditional passive interference suppression methods and the active interference suppression methods that treat the interference as lumped interference will not be enough to ensure the high-precision stability of boresight. Therefore, this paper proposes a sliding mode composite layered interference observation and compensation control strategy which combines harmonic interference observation and extended state observation. Firstly, the harmonic disturbance observer is used to observe the harmonic disturbance with a priori frequency information. Then, the extended state observer is used to observe other unknown disturbances. Finally, based on the observed multi-source interference, the sliding mode nonlinear method with anti-interference ability is used to design a composite controller to maximize the suppression of multi-source disturbances suffered by the system. The experiment shows that the sliding mode composite layered interference observation compensation method proposed in this paper can estimate multi-source interference more accurately, has stronger interference suppression ability, and obtains higher boresight stabilization accuracy for the fast steering mirror compared with the traditional single interference observation compensation method.
快反镜 视轴稳定 复合分层 谐波干扰观测器 扩张状态观测器 滑模 fast steering mirror LOS stability composite layered harmonic disturbance observer extended state observer sliding mode
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610000
2 中国科学院光束控制重点实验室,成都 610000
3 中国科学院大学,北京 100000
速度闭环回路被广泛应用于光电跟踪系统的转台电机的驱动控制。良好的电机速度闭环响应特性可以有效提高光电系统对目标的跟踪精度。转台电机是通过逆变放大器输出的脉宽调制(PWM)电压进行驱动的。随着光电跟踪系统的性能要求和电磁兼容性需求的不断提高, 必须使用逆变器输出滤波器对PWM驱动电压所造成的电磁噪声干扰进行抑制。传统上, 滤波器的设计方法是通过提高其插入损耗加强对电磁噪声的抑制, 但对滤波器给电机控制造成的影响分析不足。针对该问题, 深入研究了具有代表性的LC滤波器对电机速度闭环控制的影响。建立了存在滤波器时的电机被控对象特性模型, 并分析了其传递函数特性。提出了一种在不降低LC滤波器插入损耗的前提下, 减小其对速度闭环控制影响的滤波器设计方法, 并通过光电吊舱的速度闭环控制实验证明了所提方法的有效性。
PWM电机驱动 速度闭环控制 LC滤波器 PWM motor drive velocity-loop control LC filter
郭弘扬 1,2,3徐淑静 1,2,3许世浩 1,2,3徐杨杰 1,2,3[ ... ]黄永梅 1,2,3
1 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
空间激光通信系统中, 波前校正系统时间延迟引起校正器生成的校正面形与实际的畸变不匹配, 最终导致校正滞后误差。针对这一问题, 分析大气扰动产生的时序像差模型, 提出一种基于运动估计的波前预测补偿技术。在大气冻结模型假设下, 采用自适应根模式搜索(ARPS)运动估计算法, 根据参考帧与当前帧的畸变光斑图像对下一帧的大气扰动进行估计。仿真结果表明: 在50 Hz采样频率下, 波长为1550 nm、口径为0.1 m的望远镜系统在10 m/s等效风速时归一化光强图像校正残差从1.24 rad降低到1.17 rad。
空间光通信 运动估计 自适应根模式搜索算法 像差预测 波前校正 space optical communication motion estimation adaptive root pattern search algorithm aberration prediction wavefront correction
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 航天系统部装备部军代局成都室，四川 成都 610041
图像盲复原旨在无参考的情况下准确估计模糊核并恢复潜在的清晰图像。现有研究成果表明，利用全变分模型对高阶图像梯度先验约束进行描述可以有效抑制复原图像中产生的阶梯效应。本文在实验观察和研究的基础上，提出了采用稀疏先验约束模型对盲复原过程进行正则化的方法，以获得更佳的图像复原效果。该方法利用图像高阶梯度的稀疏性，通过与低阶梯度相结合来构造混合梯度正则项。同时，在正则项中引入基于图像熵的自适应因子，来调节迭代优化过程中两类梯度先验的比例，以此获得更好的收敛性。仿真与实验证明，与现有图像盲复原先进方法相比，本文方法具有更优越的图像复原性能。
图像盲复原 高阶梯度 稀疏先验 自适应加权 blind image restoration high-order gradient sparse prior adaption
1 中国科学院 光电技术研究所，成都 610209
2 电子科技大学，成都 610054
3 中国科学院大学，北京 100049
4 西南通信研究所，成都 610041
5 中国科学院 光束控制重点实验室，成都 610209)
块平均参考相位估计算法能够有效降低连续变量量子密钥分发的相位补偿噪声方差。为了使块平均参考相位估计算法的性能达到最优，根据相位漂移变化的数学模型，从理论上分析了该算法的均方误差特性，并得到最优的块长度取值。仿真结果表明：最优相位估计可使系统的相位补偿噪声方差降低72%，从而最大化提升安全密钥的成码距离。
量子密钥分发 连续变量 参考脉冲 相位估计 相位补偿 quantum key distribution continuous variable reference pulse phase estimation phase compensation
1 中国科学院光电技术研究所光束控制重点实验室，四川 成都 610209
2 电子科技大学信息与通信工程学院，四川 成都 610054
3 中国科学院大学，北京 100049
4 西南通信研究所基础平台事业部，四川 成都 610041
为了提高连续变量量子密钥分发的参考相位估计精度，提出了基于最小二乘的参考相位估计方案。利用相位慢漂移的二阶相关特性和最小二乘估计原理，在接收端对多个参考脉冲的相位测量结果进行二次多项式拟合估计，从而抑制相位噪声的影响。仿真结果表明，相比于块平均估计法，基于最小二乘的参考相位估计算法能够更好地适应相位漂移变化，降低参考相位估计的均方误差，从而提高系统的安全密钥率。
量子光学 量子通信 连续变量 量子密钥分发 参考相位 最小二乘估计 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1127001
1 中国科学院光束控制重点实验室，四川成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
精密控制技术离不开光机电结构配置、电机驱动、传感器、控制算法以及载荷平台的发展，它是实现高精度光电跟踪的必要手段。无论固定地基平台还是运动平台，扰动抑制、目标跟踪以及分布式智能协同的三大关键技术始终是光电跟踪控制系统面临的技术难点。本文综述了针对上述几大关键问题的精密控制技术，展示了一些先进和前沿控制技术的研究成果，同时指出未来重点研究方向的主要思路。根据扰动影响的不同机理，从精密驱动、惯性稳定、振动控制三个方面介绍了相应扰动抑制技术的研究进展以及热点，并强调基于 Stewart平台的振动与指向一体化技术是空间光电跟踪系统的重要技术方向。复合轴控制系统仍然是提高目标跟踪最有效的根本方式，最基本的技术问题是提高精跟踪倾斜镜跟踪系统的性能。观测器控制尤其是仅有误差测量的观测器技术特别适用于复合轴光电跟踪系统，发展三级或者更高级的复合轴系统应该特别注意高性能电机的应用。最后，提出多智能协同光电系统是光电跟踪领域未来重点的发展方向，需要研究多智能体的协同定位、编队控制以及载荷平台一体化等精密控制技术。
光电跟踪 精密控制 扰动抑制 目标跟踪 智能协同 optical-electric tracking control high-precision control disturbance rejection target tracking intelligence cooperative
1 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
2 电子科技大学 信息与通信工程学院, 成都 611731
3 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
空间光通信中, 需要通信双方检测入射光轴偏差以保证通信链路畅通。但光学天线控制系统使用的信标光经长距离传输后损耗过大, 受背景光和暗电流噪声强烈干扰, 系统中的四象限探测器(QD)对光斑位置检测精度下降。为解决这一问题, 根据QD工作特性和噪声特性, 提出了一种基于幅度调制和循环互相关运算的检测方法。该方法在QD输出信噪比(SNR)过低的情况下, 可精确测量QD各象限输出的电流幅度, 并以此计算出准确的光斑位置。实验结果表明: 当QD的输出SNR为﹣14.58 dB时, 该方法的绝对误差小于0.012 mm, 证明了该方法的有效性。
空间光通信 光学天线控制系统 四象限探测器 循环互相关 space optical communication optical antenna control system quadrant detector cyclic cross-correlation
1 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
基于光电跟踪设备对空间目标进行跟踪测量时, 由于电磁干扰、云层遮挡或者地影等因素的影响, 造成空间目标成像在设备视场中无法提取, 严重时甚至导致系统闭环跟踪不能平稳进行。此时可以采用理论引导的方式, 利用预测轨迹继续进行跟踪搜索。本文将广泛用于计算机视觉领域特征提取的随机抽样一致性 (RANSAC)算法引入轨迹预测, 并根据观测数据分布的特点进行改进提出 WRANSAC算法, 用于实时处理有限的历史观测数据, 进行轨迹预测。引入该算法后, 在对空间目标轨迹预测时, 对历史观测数据的容错能力提高, 对模型的敏感性降低, 预测结果的准确性和鲁棒性远远优于最小二乘法。通过对比预测轨迹和实际轨迹, 证明了该算法的有效性。
参数估计 随机抽样一致性 损失函数 空间目标 轨迹预测 parameter estimation RANSAC loss function space target orbit prediction
