基于光束跟踪的热源模型在激光焊接中的应用

为了研究激光深溶焊接过程中匙孔内自由壁面的变化及相应的温度分布,采用光束跟踪法,推导出了符合激光深熔焊接物理过程的热源模型。在建立的气、液、固3相统一的控制方程中使用该热源模型,通过流体容积法追踪匙孔自由液面,得出了匙孔的动态变化过程及相应的温度分布。结果表明,采用光束跟踪法热源模型计算出的熔池轮廓与激光熔焊接实验相符合。

基于FPGA的CCD空间光通信光束跟踪研究

空间激光通信的光束跟踪系统主要负责完成信标光的精确跟踪和锁定,通常采用光电探测器件并配以相应的电子学伺服控制系统。本文设计了基于FPGA的CCD图像采集处理器,可以实现单CCD探测器的空间捕获和跟踪两种功能。研究了光斑位置中心提取的快速形心算法,实现了跟踪要求视场角为方位±5°、俯仰±5°、跟踪精度为200urad,跟踪灵敏度为10 MW。

神经网络非线性智能控制在光电跟踪系统中的应用

针对伺服系统中非线性力矩干扰导致光束跟踪性能下降的问题,采用神经网络算法实现光电跟踪系统的非线性控制。分析了径向基函数神经网络监督控制算法应用于光电跟踪系统的优势,设计了光束跟踪实验,数据显示神经网络能够智能输出非线性控制量抑制摩擦力矩干扰,提高光束跟踪性能,对幅度3°、频率在1Hz以内的光束扰动抑制比达到-28^-51dB,比初始未优化的PID控制提高15dB以上。实验结果表明,神经网络算法可以自动建立反馈量与控制量的非线性映射,适用于复杂系统的非线性控制。

激光跟踪仪的现场测量精度评定

根据激光跟踪测量系统的特点,用一种评定激光跟踪仪现场测量误差的方法,即布设一个小型实验控制网,从各个测站对所有的固定目标点分别进行测量,对所测的数据进行光束法平差,然后对平差之后水平角、垂直角、斜距的残差进行统计计算,得出跟踪仪在现场的测量精度,这种方法把现场的测量环境,仪器的自身性能,操作人员的水平等因素包括在内。

空间光通信ATP技术及其进展

对自由空间激光通信光束自动捕获、跟踪、瞄准（ＡＴＰ）系统的结构与系统主要技术指标进行了分析和讨论。通过对其中典型系统的介绍，进一步描述了ＡＴＰ技术的最新进展，论证了空间激光通信的可行性。

卫星编队飞行的飞秒激光绝对距离测量与高精度控制技术

该报告的内容按编队卫星飞行的星间绝对距离测量与时间统一、编队构型的精确控制两部分独立展开。编队测量方面:完成了星间相对导航、精确定位的方案设计,主要是基于飞秒激光飞行时间的绝对距离测量方法与基于压电偏摆镜的锁相环路实现的。利用由主星发射的三路独立的飞秒激光绝对距离测量获得子星靶标的3个微米精度的绝对信息,其中微米精度是由飞秒激光的高时间分辨本领决定的;利用压电偏摆镜的锁相环路建立了星间自由光通信链路,使得测距激光脉冲能够实时跟踪自由漂浮的子卫星角锥棱镜。给出了基于飞秒激光的相对导航以及基于压电偏摆镜的跟瞄系统锁相环路的设计方案并基于已有条件测试了压电偏摆装置的稳定性,设计了跟瞄与测距系统集成方案,为三路测距与跟瞄、并实现精确定位的实验演示验证打下了基础。实验上,针对小卫星搭载的需求,建立了一台高稳定性、高集成度、全保偏结构的掺铒光纤飞秒激光源,测距、跟瞄与星间时钟统一的工作将主要依赖该飞秒激光源展开。编队控制方面:分析了编队卫星的动力学机理。以近距离航天器相对运动方程为基础,分析了编队飞行的基本特性,分析了不同动力学模型的特点,确立了不同应用场合下动力学模型的选取准则。然后,考虑到微小卫星质量与载荷限制导致携带燃料有限,而编队初始化是个能耗较大的变轨过程,基于Gauss伪谱法为编队初始化过程设计了最优轨迹。最后,研究了卫星编队构型保持控制问题。首先确定了主从式的卫星编队协同控制结构。在该控制结构下,基于非线性相对轨道模型,分别采用传统滑模控制方法、自适应滑模控制方法设计了构型保持控制器,并对所设计的控制算法进行了仿真验证,验证了所设计控制算法的鲁棒性。

快速虚顶点光子映射的焦散绘制

目的模拟绘制焦散效果是真实感图形绘制的重要组成部分。利用可编程GPU硬件,基于图像的光子映射方法绘制速度快,但由于使用了近似采样和计算,会产生失真。为了克服这一现象,针对理想的镜面反射、折射体,提出一种快速绘制焦散效果的方法(VOBPBT)。方法该方法首次定义了光子路径映射图的概念,并提出通过基于虚顶点光子映射的光子束跟踪来准确构建光子路径映射图的方法;此外,方法也创新性地提出利用光子路径映射图来查找焦散三角形,创建焦散映射图的方法。结果实验结果表明,本文绘制结果真实,可以处理多次递归反射、折射,能够绘制连贯的高频焦散效果,同时可以达到交互的绘制性能。结论本文VOBPBT方法在可交互计算机仿真、计算机游戏、虚拟漫游等应用领域具有一定的实用价值。