光电跟踪架传递函数辨识方法及应用

鉴于传统的光电跟踪伺服控制系统频率响应测试方法复杂的缺点,采用了一种全数字化频率响应测量方案对光电跟踪架的频率特性进行测试。提出了一种递阶辨识法与传递函数参数辨识算法相结合进行传递函数辨识的新方法,并推导出了适用于不同阶次传递函数的辨识算法数学模型。在使用递阶辨识法辨识出系统阶次的基础上,利用测试得到的数据,分别采用最小二乘法和以新推导出的数学模型为基础的Levy法、Sanko法和Vinagre法辨识出了光电跟踪架的传递函数。辨识结果表明,新推导出来的数学模型正确,以其为基础的辨识算法误差均小于最小二乘法;3种算法中,Sanko法在整个频域内的辨识效果最好;采用递阶辨识原理与参数辨识算法相结合的方法可行,且精度较高。

室温锑化铟在探测器阵列靶中应用问题研究

锑化铟探测器阵列靶是红外激光光斑测量的重要仪器。仪器中的光导型锑化铟探测器对温度比较敏感,这容易使后级信号处理电路的静态工作点出现温度漂移现象,影响阵列靶探测精度。针对这一情况,设计了一个可以根据环境温度实时调整静态工作点的系统,有效地解决由于探测器静态阻值随温度变化而引起的静态工作点的漂移问题,为室温锑化铟红外探测器在各种环境下的应用提供了一套有效的解决方案。

质心跟踪算法在小内存DSP上的快速实现

设计了以TMS320DM6437为核心的信标光高速探测与处理系统。由于TMS320DM6437内存较小,片内数据内存只有128 KB,大量的数据图像无法一次移入片内RAM,这就使得现有的图像质心跟踪算法无法在TMS320DM6437上快速运行。针对这一问题,在质心跟踪算法的基础上提出了一种新的数据处理方法,使之在保持质心跟踪算法的跟踪精度、可靠性的同时可以高速运行在小内存的DSP系统上。

激光雷达中像增强器快门控制器设计

基于像增强器的激光雷达是探测大气参数的重要工具。在这种雷达系统中,像增强器的快门控制精度对测量结果的精度有着十分重要的影响。针对这种情况,设计了一个像增强器快门控制系统,该系统能根据实际需要精确地控制快门何时打开以及开门时间的长短,保证雷达获得的数据具有较高的可靠性。该控制器可以胜任多数带有开门时间控制的图象传感器的激光雷达系统,具有控制精度较高、时间调节的范围比较大等特点,具有较强的实用价值。

白天观测恒星测量整层大气相干长度

根据差分像运动原理实现了白天通过观测恒星测量整层大气相干长度。根据晴天天空背景的特征在系统中增加滤波片,根据相干长度仪的结构特点在系统轴线处增加光阑,可显著抑制天空背景光。根据天空背景光的特点,选择长波段敏感的探测器有利于白天观测恒星。该实验获取了全天的整层大气相干长度,特别是获取了晨昏时段的整层相干长度。实验结果表明:整层湍流强度在晨昏时段呈现转换时刻特征,傍晚时刻该特征比清晨时刻明显。

南海海边整层大气相干长度的测量与分析

大气相干长度是描述光波大气传输中湍流效应的重要参量,具有区域变化特性。海边大气相干长度的测量结果很少有报道,利用差分像运动法大气相干长度仪观测了茂名博贺海边的整层大气相干长度,获得了海边大气相干长度的全天数据。数据分析表明,海边整层大气相干长度日变化明显,夜晚起伏无规则,上半夜平均天文视宁度好于下半夜,白天最差;与陆地数据比较得知,海边整层大气相干长度日变化不如陆地上的剧烈,海边日变化成近"V"型,陆地上的为近"U"型;通过分析比较,提出了一些启发性的见解。

大气对自由空间光通信的影响机理及改善方法

大气效应对通信链路的影响限制了自由空间光通信技术的应用,研究其影响机理和改善方法有利于降低光通信链路的误码率,提升通信速率及距离。总结了大气对自由空间光通信的影响机理,指出了不同大气效应对光通信的影响形式,其中包括光强衰减、脉冲展宽、光强起伏和闪烁、光束漂移、光束扩展、相位起伏等。综述了现有的大气影响改善方法,主要包括大孔径接收、多波长传输、多光束传输、部分相干光传输、自适应光学等技术,并简述了进一步开展工作的方向。

湍流廓线激光雷达像面光斑排列设计

针对湍流廓线激光雷达中子像面光斑排列的一般方式,提出新的排列方法,使接收到的大气回波信号在像面上的分布呈一字排列,并阐述了这种排布方式的有利之处———提高了数据传输速率,避免了数据量过大的问题,使得湍流廓线激光雷达在一定时间内采集到更多的大气信息,提高了实验结果的精确性。后续工作拟采用晶体光开关作为新的曝光闸门控制装置,新的光斑排列方式有助于电光晶体半波电压的降低,为电光晶体驱动电源的制作带来极大方便。

空间飞行器平台大气密度的在轨测量

针对飞行器在轨飞行时高空大气密度波动剧烈、气动特性辨识难度大等特点,提出了一种基于瑞利散射理论的成像激光雷达大气密度测量方法。利用气体分子的瑞利散射光强与分子密度成正比的特性,通过分析电子倍增成像探测器(EMCCD)拍摄的测量流场区域内激光后向瑞利散射光柱,得到了不同距离处高精度的在线大气密度数据。搭建了基于空间飞行器平台的大气密度在轨测量装置,并对该装置进行了标定。结果表明,所述方法对大气密度的测量精度不大于5%,且具有非接触、时间分辨率高等特点,因此在优化飞行器结构设计、提高气动辨识等方面具有良好的应用前景。

安川MP系列控制器与多台PC机基于多通道通信的设计与实现

随着现代工业系统的结构日益复杂化,在工业控制中PLC控制器往往需要与多台上位机设备建立通信连接。以安川MP系列控制器为例,阐述了与多台PC上位机建立连接的原理和实现。详细介绍了安川MP系列控制器基于多传送缓冲器通道机制通信的基本原理。提出采用MSG-RCV通信函数实现控制器与多台PC机通信的方法,并编程实现。对通信效率与控制器高速扫描周期之间的关系进行了分析和讨论。

相干激光测风技术研究进展

相干激光雷达探测精度高,响应时间快,系统结构紧凑,近年来在测风领域已有长足的发展,成为最先进的测风工具之一,具有良好的研究意义和应用前景。简要介绍了相干激光测风雷达的技术优势,从工作原理和具体应用的区别上详细描述了分别以连续激光和脉冲激光作为光源的两类相干测风雷达,重点介绍了这两类技术的国内外发展历史及其最新进展,并分别从光源波长的选用、激光工作的方式和应用平台的多样化等多方面简要总结了相干激光测风雷达的发展趋势。

成像激光雷达测量大气能见度实验研究

针对传统的后向散射激光雷达系统结构复杂和需要几何因子矫正的情况,研制了一套可以全天候测量的成像激光雷达用以克服这些缺陷。采用基于求解消光系数分布的方法反演能见度,提出一种Klett后向积分法与遗传算法相结合的改进的迭代算法,同时用传统的斜率法和权重拟合法求得能见度。选取比较有代表性的四种天气,多云、阴天、晴天和雨天的数据进行处理,得到这四种天气情况下的能见度。将这四组能见度数据与能见度仪器Belfort 6230A在这四天同时测得的能见度数据进行对比,结果表明,在不同的天气情况下,两种仪器测得的数据趋势相同,相关系数均在0.67以上,具有较强的相关性。可以得出结论:研制的成像激光雷达系统可用于探测大气的能见度。

探测器阵列靶的激光光斑图像复原方法研究

为了准确地测量激光远场光斑参数,使得阵列探测法的研究逐渐成为热点。而阵列式靶板仪靶面探测器受空间物理限制和研发成本等因素影响均不能均匀紧密的排布,这将造成采样光斑失真。利用已知采样点参数对光斑图像实现高精度复原是利用阵列探测法测量光斑参数必须要解决的问题。因此,提出采用改进型的双三次插值算法对光斑图像进行复原。仿真分析并对比改进型双三次插值算法和其他插值算法,结果表明:运用改进型插值算法计算得到光斑总能量误差为1.7%,光斑质心坐标偏移量在x轴方向和y轴方向较最邻近插值算法和双线性插值算法相比均能降低7.8%和3.3%,处理时间较双三次插值算法至少缩短35%。该研究为提高阵列探测法测量远场光斑参数精度积累了一定的理论基础和实验数据。

跟踪望远镜机架的热结构分析

为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下,机架轴系的偏斜角均小于30″,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。

昼夜观测恒星整层大气透过率测量研究

在昼夜观测恒星测量恒星宽光谱成像信号强度的基础上,首先通过MODTRAN软件结合系统参数、恒星光谱特征研究了宽光谱信标利用Langley法标定大气透过率的标定误差,据此通过标定恒星成像强度得到了整层大气宽光谱透过率;然后,利用大气模式研究了晴朗大气条件下宽光谱大气透过率与激光波段大气透过率的关系,进一步得到了532 nm和1 064 nm的整层大气透过率;最后,将白天时段观测恒星测量的大气透过率与太阳辐射计观测太阳得到的透过率进行了实验对比。结果表明:两种方法得到的大气透过率时间变化趋势一致、大小相仿。在此基础上开展了整层大气透过率的连续观测,获得了整层大气透过率的昼夜连续数据、特别是获取了晨昏时段弱湍流时刻的整层大气透过率数据;文中所开展的工作丰富了整层大气透过率的测量手段,对地基激光工程研究和应用有促进作用。

连续光纤激光相干测风雷达技术研究

大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少,而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果误差不超过3%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。

基于PLC的智能分选机控制系统的设计

针对目前国内尚无自主知识产权的半导体分选机系统的状况,提出了一种基于PLC的智能分选机系统的设计方案。智能分选机系统以工控机为上位机、安川MP2310为下位机,通过伺服驱动器控制伺服电机构成闭环控制系统,实现了精确的位置控制,能够满足半导体芯片分选的精度要求。给出了分选机系统上料部分程序设计的流程图,详细介绍了上料部分的工艺流程,给出了部分上料部分典型PLC程序,解决了工作台示教、芯片快速分选等问题。现场使用表明,该系统设计合理,工作可靠稳定。

基于光谱分析的罂粟识别研究

根据排查罂粟的需要,利用光纤光谱仪在室内测量了小麦、罂粟、虞美人和狗尾草等植物在450～1000nm波长范围内的光谱反射率。运用SPSS统计软件的逐步判别分析方法获得区分四种植物的8个特征波长,以选定的特征波长点建立判别模型进行分析,以罂粟错识率及非罂粟错识率为评价指标,研究了识别效果随特征波长点及特征波长点数目的变化情况。结果表明"红边"附近波长对罂粟及非罂粟的识别有重要影响,利用特征波长组合684.0,706.4,725.2,919.2 nm或684.0,694.3,706.4,725.2 nm时,罂粟错识率及非罂粟错识率可以降到0%。

光电探测器标定方法

为了定量分析光电探测器响应特性,需要对光电探测器进行标定。针对传统的光电探测器标定方法上的不足,提出了一种新的标定方法,该方法具有标定精度高,适用于各个波段的光电探测器等特点。试验结果表明,经过标定后的硅材料光电探测器测量精度可达3.45%,对光电探测器的标定检测具有参考价值。

基于碲镉汞探测器阵列的黑体辐射特性研究

黑体腔口孔径的不同往往会影响黑体的辐射能力,因此考虑黑体的辐射密度与光阑孔径的关系具有十分重要的现实意义和研究价值。采用碲镉汞探测器阵列对固定距离和温度不同光阑孔径的黑体辐射源进行探测,选用一组阵列探测器数据作对比,分析整理测量结果并进行数据拟合。实验结果表明,黑体辐射源在所选的探测范围内均匀性较好。随着光阑孔径的减小,黑体辐射密度呈现增加趋势。在固定探测距离时,黑体辐射源的辐射密度随着光阑孔径的增加而减小,减小趋势逐渐减缓,满足高斯分布特性,采用指数拟合对理论模型进行修正,所得数值与实测值的误差小于3%,具有较好的一致性。