探测器阵列高精度二维标定平台控制系统设计

为了实现快速、高精度探测器阵列标定,对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究,设计了采用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计,并对控制PID算法进行了研究,最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能力,平台在600 mm×600 mm的有效行程内定位精度可达-11~12μm,十次单点测试数据变异系数为0.13%,连续模式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求,为探测器阵列标定提供了一种有效手段。

激光大气传输倾斜校正系统

在目标跟踪系统中,由于大气湍流的影响导致光波振幅和相位的起伏。为了能够精确地跟踪目标,首先必须消除大气湍流造成的光斑抖动。文中主要介绍了一种基于压电陶瓷(PZT)的激光大气传输倾斜校正系统,系统由两部分组成:探测系统和校正系统。探测系统使用可以直接探测光斑重心位置的位敏传感器(PSD);校正系统使用压电陶瓷驱动的高速倾斜镜。分析了系统的校正性能,实验结果表明:该系统具有良好的鲁棒性和实时性,跟踪精度可达到0.6μrad,对大气湍流引起的信标光斑抖动有很好的抑制作用,能够满足激光大气传输倾斜校正的精度要求。

基于PIC单片机的测速系统设计

本文介绍了一种基于低功耗芯片PIC16F84A的自动测速系统的设计,文中给出了系统的硬件设计和软件设计。包括键盘、计数、数据处理、代码转换、显示这几个部分。此系统采用了溢出计数和动态显示的方法。该测速系统具有低成本、高精度、高可靠性等优点。

基于dsPIC的精跟踪控制系统设计

对精跟踪的驱动、检测和控制方法进行了研究。设计了精跟踪控制系统的驱动、检测和控制电路,并针对驱动电路的动、静态性能进行了测试研究,对检测电路进行了标定实验,对模糊自整定PID控制方法进行了研究。采用模拟扰动源对系统性能进行了测试,结果表明该系统有良好的精跟踪能力。

激光雷达测量大气湍流廓线

介绍了一种利用成像激光光斑测量大气湍流廓线的激光雷达原理。通过对分层大气湍流的光束波面变化的测量,获取各分层大气湍流的相干长度,据此利用平面波近似算法反演湍流强度廓线。通过搭建的大气湍流廓线激光雷达实验系统获得了湍流廓线的实验数据,并且与系留飞艇搭载的温度脉动仪在同时段固定高度进行了对比实验,验证了近似递推算法的可行性。最后对实验中出现的误差进行了讨论。

基于超磁致伸缩材料的高速倾斜镜的设计与应用

在目标跟踪系统中,由于大气湍流的影响导致光波振幅和相位起伏。为了提高跟踪性能,降低大气湍流造成的光斑倾斜成为了首要目标,而高速倾斜镜(FSM)则是达成这一目标的关键器件。文中介绍的高速倾斜镜利用超磁致伸缩材料(GMM)作为位移驱动元件,通过线圈的电流产生磁场控制材料的伸缩,从而驱动倾斜镜的偏转。该倾斜镜已经被应用于激光大气传输倾斜校正系统中,使湍流造成的倾斜减少了90%,光斑稳定度和光斑质量得到了明显提高。

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。

双孔差分闪烁法测量大气湍流的理论与实验研究

根据cross-path理论,推导出弱起伏条件下差分孔径光强起伏结构函数的精确表达式,以此为依据,从理论上提出测量大气湍流强度的双孔差分闪烁法.在Kolmogorov湍流谱条件下,分析了信标光直径和信标光高度对该方法中路径权重函数的影响.在近地面开展了2 km路径的水平光单程传输实验,将双孔差分闪烁法和单孔闪烁法的测量结果进行了对比.实验结果表明:在不同的天气条件和大气湍流状况下,两种方法测量的折射率结构常数具有高度的一致性;通过对折射率结构常数积分得到的球面波大气相干长度进行相关性分析,发现两者的线性相关系数达0.96;由此验证了双孔差分闪烁法的可行性和有效性.该方法能够分离出主动信标双程传输的后向闪烁信息,为主动信标准确探测大气湍流提供了一种新方法.

一种基于压电陶瓷的目标精跟踪系统

在试验中,希望接收来自一公里的光斑在成像系统的中心,而由于大气湍流的影响,光斑在成像系统中心附近抖动。目标跟踪就是要通过改变倾斜镜的角度使光斑始终在成像系统的中心。为此,使用位敏传感器采集光斑的位置,微处理器处理数据,得到光斑的的偏移量,最后通过驱动压电陶瓷晶体改变倾斜镜角度。

基于YOLOv5的试管样本液位检测

目的针对复杂多变的实际应用场景,因基于传统图像处理技术的试管液位检测算法存在识别率不高的缺陷,设计一种基于YOLOv5的试管样本液位检测算法。方法首先采用Labelme对试管液位数据集进行图片标注,对json标注文件进行格式转换,搭建YOLOv5网络模型训练环境,修改预训练模型配置文件,启动模型权重数据迁移训练,并输出最优模型参数以及评估指标迭代变化曲线。结果加载测试数据集对训练最优模型算法进行效果测试,算法对正常及异常样本图片均能识别出样本液位,并通过与基于传统图像处理技术的识别算法老化对比测试,其具有更高的识别正确率与精确率。结论基于YOLOv5的试管样本液位检测算法检测准确性高,鲁棒泛化能力强,可满足医疗设备实际的检测需求,市场应用前景良好。

阵列靶防护取样面板热效应仿真分析

探测器阵列靶是测量激光光斑分布的常用设备,在高功率激光长时间辐照下阵列靶的取样面板需要更高的抗损伤能力。为了提高取样面板的抗损伤能力,从热设计角度出发,基于Ansys Workbench有限元分析软件,比较了不同厚度、不同热管排布方式以及不同界面传热系数下,防护取样面板在高功率激光长时间辐照下的温度场和热应力。分析结果表明,添加十字热管排布后,在激光辐照120 s时,6 mm厚度的取样面板耐受峰值功率密度从1470.9 W·cm^(-2)提高至3632.1 W·cm^(-2)。该仿真分析为阵列靶防护取样面板的设计提供了有效的理论和数据支持。

基于自适应的大气相干长度测量仪控制系统设计

通过跟踪移动信标来测量大气湍流参数时,高精度的伺服控制技术是影响其测量精度的主要因素之一;在常规PID控制的基础上,从自适应的角度出发,设计了一种适用于相干长度测量仪的且参数可自整定的控制器;当系统受扰动作用或系统运行状态变化时,在对系统不断辨识的基础上,依据性能指标,配置期望极点,实时调整控制器的参数值,实现系统的自适应,改善系统的鲁棒性;仿真及实验结果表明,采用自适应PID控制,在常值干扰下,系统的超调量减少26%,调节时间缩短1.28s;跟踪20mrad/s的目标时,系统的脱靶量峰峰值减小41.78%,稳态误差减小29.3%。相较于常规PID控制器,自适应PID控制器可减小超调量,缩短调节时间,优化跟踪性能,控制效果更好。

利用闪烁和到达角起伏测量横向风速的对比研究

基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。

湍流廓线激光雷达的数据库系统管理设计

介绍了湍流廓线激光雷达的工作原理,并对如何将采集的文件信息进行数据库的编程管理进行了重点讨论。在分析数据中使用了基于COM组件的VC++和MATLAB混合编程方式,美化了作图界面,为我们实时的剔除无效数据,更新数据,是否重新采集等提供依据。

基于逐点扫描的探测器阵列靶标定系统

为分析激光发射系统的性能,需要测量激光光斑的绝对功率密度时空分布,探测器阵列靶是有效手段之一。为实现定量分析,需要对探测器阵列靶进行标定。探测器阵列靶单元数多,标定难度大,设计有效的标定系统十分重要。设计了一种新的标定系统,该系统采用逐点扫描的方式,具有适用性广、成本低、精度高等特点。并以某项目为例对标定系统的测量不确定度进行了测试分析,结果表明:可见光波段的测量不确定度为2.99%,近红外波段的测量不确定度为3.62%,中红外波段的测量不确定度为6.17%.该标定系统是探测器阵列靶标定的有效手段,值得借鉴。

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%。