自适应光学系统光轴抖动抑制控制器设计

由于光学平台的结构性谐振以及风吹抖动等因素造成的光轴抖动在很大程度上会降低自适应光学系统的性能,若采用常规积分控制器对这种高频窄带的扰动信号进行抑制,收效甚微,而且有可能将其放大,使得系统无法正常工作。以实际系统观测数据为基础,分析了该扰动的频域特性。针对该扰动的峰值频率以及带宽,借助Smith预测器,提出了一种稳定高效且易于实施的控制器设计方法,讨论了控制器参数与其滤波特性之间的关系,分析了这种控制器对控制对象参数变化的鲁棒性。结果表明,采用新型控制器可以将由光轴抖动引起的单轴倾斜像差的方差降低约60%,弥补了常规控制器的不足。

光学遥感器成像品质的主被动提升技术

空间相机是基于卫星平台实现远距离遥感成像的重要光学遥感器,其成像品质会受到众多因素的影响。首先,由于平台本身在姿态稳定度和指向控制精度方面存在不足,飞轮转动、制冷剂及推进剂的喷溅、天体引力、振动噪声等均会带来高、低频振动,从而使空间相机在推扫成像中出现非正常的像移、光轴抖动,导致运动模糊和离焦模糊。其次,分辨率要求的提高会导致系统口径的增大或者采用拼接方式获得等效的大口径,然而无论是单一大口径系统或者拼接镜系统,其光机结构的状态对平台工况比较敏感。光机结构状态的变化可以间接的由系统出瞳波像差反应出来,并使波像差偏离理想值,导致无法实现衍射受限成像,引起成像品质的降低。因此,该文针对上述两个方面的内容,围绕提高空间光学相机在轨成像品质所应该采取的技术途径进行了探讨,并给出了建议,对于高分辨率光学遥感器的设计有一定的参考价值。

深空合作目标高概率捕获复合扫描策略研究

针对深空目标长距离星间激光通信时间滞后大、光轴抖动明显、不确定区域大的问题,设计了一种基于两级执行机构的抗抖动高概率捕获复合扫描策略。将目标位置不确定区域划分为等大正方形子区域,在子区域内采用光栅扫描,通过快摆镜实现;在子区域间按照光栅螺旋扫描顺序覆盖,通过伺服转台实现子区域间的跳转。然后在考虑光轴抖动的情况下基于遗传算法对子区域大小、扫描光斑重叠大小进行了优化,得到了参数优化后的扫描方案,并通过仿真进行了验证。1 000次蒙特卡洛打靶结果表明,在目标位置不确定区域3.6 mrad、激光束散角0.1 mrad、光轴抖动标准差5μrad的情况下,优化后的扫描方案对目标的捕获概率为99.2%,对不确定区域的扫描时间为41.34 s,扫描到目标的平均扫描时间为9.62 s。

空间遥感器的数字图像跟踪算法研究

空间遥感器由于运动姿态不稳定引起光轴抖动,这会显著降低遥感器成像质量,合适的图像跟踪算法对于改善成像质量具有重要意义。提出的图像跟踪算法包括SSDA算法和曲面拟合法,具有很高的速度和较好的精度,并通过仿真验证该算法的定位精度。