1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京宇航系统工程研究所,北京 100072
对卫星激光通信跟踪系统的组成以及控制方式进行分析,总结精跟踪控制过程中时滞来源,对精跟踪系统时滞环节对最终跟踪精度以及稳定性的影响进行分析并通过系统优化提高精跟踪精度。在不损失系统功能的基础上通过优化程序处理逻辑精简精跟踪系统中的时滞环节,消除变长时滞、减少定长时滞,实现精跟踪系统时滞缩短,在此基础上提出一种鲁棒预估控制算法,减少定长时滞对精跟踪系统带来的不利影响。结果表明,精简时滞环节后精跟踪系统的跟踪误差与原来相比从4.1 μrad减少到2.3 μrad,采用鲁棒预估控制算法后,在匹配延时存在误差的情况下,跟踪误差从4.1 μrad减少到2.6 μrad,系统跟踪精度分别提升43.9%和36.6%。在精跟踪系统中采用鲁棒预估控制算法进行试验,精跟踪的跟踪精度可达1.9 μrad。
卫星激光通信 精跟踪系统 时滞补偿 预估控制 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706007
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230151
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
为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力, 设计了一种1型模糊滑模控制方法, 模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数; 并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度, 同时降低SMC抖振; 此外, 用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优, 并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明, IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。
激光技术 高精度光电跟踪系统 模糊滑模控制 抖振抑制 参数优化 laser technique high precision electro-optical tracking system fuzzy sliding mode control chattering reduction parameters optimization
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, School of Electronic Science and Engineering, School of Physics, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
2 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing, China
3 Xin Lian Technology Co., Ltd., Huzhou, China
Free-space optical communication (FSO) can achieve fast, secure, and license-free communication without physical cables, providing a cost-effective, energy-efficient, and flexible solution when fiber connection is unavailable. To achieve FSO on demand, portable FSO devices are essential for flexible and fast deployment, where the key is achieving compact structure and plug-and-play operation. Here, we develop a miniaturized FSO system and realize 9.16 Gbps FSO in a 1 km link, using commercial single-mode-fiber-coupled optical transceiver modules without optical amplification. Fully automatic four-stage acquisition, pointing, and tracking systems are developed, which control the tracking error within 3 μrad, resulting in an average link loss of 13.7 dB. It is the key for removing optical amplification; hence FSO is achieved with direct use of commercial transceiver modules in a bidirectional way. Each FSO device is within an overall size of 45 cm × 40 cm × 35 cm, and 9.5 kg weight, with power consumption of ∼10 W. The optical link up to 4 km is tested with average loss of 18 dB, limited by the foggy test environment. With better weather conditions and optical amplification, longer FSO can be expected. Such a portable and automatic FSO system will produce massive applications of field-deployable high-speed wireless communication in the future.
free-space optical communication acquisition, pointing, and tracking system field-deployable system Advanced Photonics Nexus
2023, 2(6): 065001
1 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130000
2 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130000
3 吉林珩辉光电科技有限公司, 吉林 长春 130000
在机载宽温且反射镜镀膜温度较高的条件下,针对传统反射镜镶嵌件粘接工艺导致反射镜粘接失效、铟钢镶嵌件和反射镜线胀系数差异导致宽温下反射镜面型急剧下降的问题,提出了一种反射镜加工镀膜后再粘接镶嵌件的方法,并对其胶层参数进行研究。采用硅橡胶作为主粘接剂粘接反射镜与镶嵌件,利用硅橡胶固化后良好的弹性缓解支撑件热变形对反射镜面型的影响。通过多目标优化选取合适的硅橡胶粘接厚度1.1 mm,硅橡胶宽度7.2 mm,环氧胶厚度0.022 mm。仿真结果显示在重力及温度变化为−40 °C时(初始温度为20 °C),反射镜面型精度RMS值为25.91 nm,镜组模态一阶频率为242 Hz。最终面型检测RMS值为15.8 nm,结构谐振频率为213 Hz。试验结果显示,此方案使反射镜组件适用于大温差条件下工作,其结构和粘接层设计能够满足机载宽温和振动条件下的使用要求。
单摆镜 粘接层设计 有限元分析 红外搜跟系统 single pendulum mirror bonding layer design finite element analysis infrared tracking system
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北石家庄 050003
2 中国人民解放军 32181部队, 河北石家庄 050000
3 石家庄铁道大学电气与电子工程学院, 河北石家庄 050043
为实现在光电跟踪系统条件下的高精度测量并且满足复杂环境下高精度目标匹配, 本文选用去均值归一化互相关匹配算法。为提高匹配速度以及跟踪实时性, 利用和表法计算公式中图像求和、平方和图像匹配互相关来简化计算复杂度;采用小波分层金字塔法作为搜索策略, 并将模板质心作为参考点进行十字形搜索, 引入终止阈值减少误匹配点进一步提高搜索速度。为验证该算法的有效性, 实验中将光电跟踪系统放置在二维转台上, 调整转台利用该算法跟踪目标靶板。实验结果表明, 目标脱靶量控制在 3个像素以内, 该算法在光电跟踪系统上可实现高精度稳定跟踪。
模板匹配 光电跟踪系统 归一化互相关匹配 和表法 小波金字塔 image matching optoelectronic tracking system normalized cross correlation sum-table scheme wavelet pyramid
西安理工大学 计算机科学与工程学院,陕西 西安 710048
红外弱小目标检测技术是红外搜索与跟踪系统的重要组成部分(IRST)。一般来说,在复杂背景环境下,红外弱小目标检测往往会有高虚警率和低检测率的问题。为了解决这一问题,提出一个改进的加权增强局部对比度测量(IWELCM)检测框架,具有重要意义。首先,通过将局部对比度机制与信杂比(SCR)的计算相结合,提出一个增强的局部对比度测量方法,在增强图像中疑似红外弱小目标区域的同时也提高图像的SCR。其次,通过利用红外图像中弱小目标的特性,以及目标与周围背景的统计差异,提出一个改进的加权函数来进一步增强目标和抑制背景。最后,采用一个自适应阈值分割的方法去获取检测的目标。在不同场景的数据集上的对比实验表明,与七种现有流行的方法相比,提出方法在复杂背景下能够有效地从干扰对象中提取真实的红外弱小目标,具有更好的检测性能。
红外搜索与跟踪系统 红外弱小目标 增强的局部对比度测量 改进的加权函数 infrared search and tracking system infrared small target enhanced local contrast measurement improved weighting function 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210914
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210824
1 海军装备部装备项目管理中心, 北京 100040
2 大连舰艇学院, 辽宁 大连 116018
红外搜索跟踪系统具有角分辨精度高、隐蔽性好、探测能力强、抗电磁干扰能力强等优点, 在舰船预警探测领域得到了广泛的应用。 详细介绍了舰船红外搜索跟踪系统的工作原理、分类及舰船红外搜索跟踪系统的发展现状, 最后总结了舰船红外搜索跟踪系统的发展趋势。
红外搜索跟踪系统 图像拼接 凝视成像 光电探测 智能算法 infrared search and tracking system image mosaic staring imaging photoelectric detection intelligent algorithm