光电跟踪系统稳定精度测试方法研究
光电跟踪系统稳定精度测试方法研究
王科伟;王小怡;王晶;刘召庆;王生让;张魁甲
【摘要】针对光电跟踪系统稳定精度测试需求，提出一种稳定精度动态测试方法。该方法基于光学自准直原理，采用面阵CCD探测器，结合图像求取质心算法，实现被测系统的动态测试，通过该装置获得了稳定精度测试结果。结果表明：测试
50μrad级两轴两框架系统动态稳定精度，通过该测试方法测出其稳定精度最大为48μrad。%For the stability test requirements of precision optical tracking system ,we presented a dynamic testing method of stability
accuracy .According to the optical auto‐collimation prin‐ciple ,we utilized the CCD array detector combined with the computation for center of image to realize the dynamic test ,and we required the test results of stability accuracy by this device . Experiments results show that for the 50
μrad level two‐axis two‐frame system ,the tested sta‐bility accuracy is up
to 48 μrad by our method .
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】5页(P77-81)
【关键词】光电跟踪系统;自准直仪;稳定精度;面阵CCD探测器
【作者】王科伟;王小怡;王晶;刘召庆;王生让;张魁甲
【作者单位】总参陆航部驻西安应用光学研究所军事代表室，陕西西安710065;
西安应用光学研究所，陕西西安710065;西安应用光学研究所，陕西西安710065;
西安应用光学研究所，陕西西安710065;西安应用光学研究所，陕西西安710065;西安应用光学研究所，陕西西安710065
【正文语种】中文
【中图分类】TN206
引言
光电跟踪系统主要有瞄准线稳定系统、侦察系统、夜间飞行导航系统等。其中稳瞄系统最复杂，并且其性能和精度最高。稳瞄系统用于隔离载机（直升机、车辆等）振动所引起的图像晃动，保证光电传感器的分辨率和输出图像的稳定性。该类设备最重要的性能指标是稳定精度，可通过载机振动的隔离残差表征。通常，用于瞄准的稳瞄系统只需稳定方位和俯仰2个轴，横滚方向不需要稳定。按结构形式划分，稳瞄系统可分为两轴两框架系统和两轴四框架系统，两轴两框架系统的稳定精度一般约为100μrad；两轴四框架系统的稳定精度范围可达20μrad～40μrad。未来
发展方向是采用粗精组合稳定方式，其精度可达5μrad～10μrad［1－5］。针对光电跟踪系统稳定精度测试需求，提出一种稳定精度动态测试方法。该测试方法根据光学自准直原理，搭建稳定精度测试平台。由安装于被测光电跟踪系统上的反射镜反映系统的振动状态，通过反射镜反射光束至CCD探测器，将被测系统μrad
级的角位移变化放大并转换成光电探测器光敏面上可检测的光斑位置变化，结合图像质心算法对图像数据进行处理，最终获得系统稳定精度指标。
1 测量原理
光电跟踪系统稳定精度指标通常具有小的角度范围和高的测量精度要求，根据此属性，该测量系统采用了光学自准直原理，测量系统光路图如图1所示，光线通过
位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反
射回来，再次通过准直镜头后由分光棱镜转折汇聚在位于共轭焦平面的CCD表面，形成分划板像。当反射镜倾斜一个微小角度时，反射回来的光束就产生一个倾角，位于CCD探测表面的分划板像就产生一个位移。通过CCD对分划板像位移的判
读就可以得知反射镜的角位移。
图1 测量系统光路图Fig.1 Optical path of measurement system
测量原理示意图如图2所示。
图2 测量原理示意图Fig.2 Schematic diagram of measurement
分光棱镜与反射镜之间的距离为D，分光棱镜与CCD探测面之间的距离为d，为
便于说明，图中将分光棱镜的反射光线沿平面镜的反射光路方向展开，经稳定平台稳定后的反射镜角度改变为α，由此引起的CCD面上光斑的改变量为Δ，由图中
容易看出：
因为α很小，所以有：
式中D，d均是可以根据光路布置确定的常数，所以被测稳定平台的稳定精度α
可以从CCD上的光斑偏移量Δ计算得出。
测试一个时间历程，通过测量CCD靶面上的光斑偏移量Δ，可得到光电跟踪系统的稳定精度测试结果σ。
2 测量系统
测量系统由高速动态自准直仪、测试用计算机、测试软件和光源组成，稳定精度测试系统示意图如图3所示。光源使用LED光源。高速动态自准直仪发出一束光，
被置于稳瞄光具座上的反射镜返回后成像在探测器上，反射光偏转，则反射角度偏转2倍，探测器通过测量其上光学像的位置变化，能够获得反射角度，通过软件
对该角度进行统计计算，可获得系统的稳定精度。
图3 稳定精度测试系统示意图Fig.3 Framework for testing stability accuracy 2.1 高速动态自准直仪
根据测量系统方案，初步选定西安光衡光电科技有限公司的高速动态自准直仪，并针对系统的特性进行改进设计。此高速动态自准直仪使用了线阵CCD作为探测器，在对光电稳定跟踪系统进行测量时，线阵CCD是对方位和俯仰分别进行测量的。线阵CCD先对方位进行测量，如果出现俯仰偏转，这时线阵CCD是探测不到数
据的，再对俯仰进行测量时如若出现方位的偏转，线阵CCD也是无法探测到的。基于此种原因，必须将线阵CCD更换为面阵CCD。该装置改用了1／2英寸（1.27cm）格式大面阵CCD探测器，型号为FTM50，具有高分辨率、高感光度，抗晕性能好等特点。FTM50型CCD的主要性能参数如表1所示。
表1 CCD产品（FT50M）相关特性参数Table 1 CCD-related（FT50M）parameters1 024×1 024探测器类型面阵CCD像素尺寸／μm 5.6×5.6数据率
／MHz 2×60最大帧速率／（f·s－1） 100响应率／（V·lx－1·s－1 1700动态范围＞67dB，线性操作温度－40℃～＋60℃分辨率／像元
从表1可知，FT50M的像素尺寸为5.6μm×5.6μm，高速动态自准直仪器的焦距是200mm，结合测量精度要求，根据（3）式得到：
可以看到FT50M探测器达到14μrad级，再经过图像处理之后会更小。本文针对两轴两框架稳瞄系统的稳定精度测试需求开展研究工作，两轴两框架系统的稳定精度通常在50μrad～100 μrad之间，稳定精度按50μrad考虑，所以远小于
50μrad，此探测器满足要求。
2.2 信号处理
信号处理流程如图4所示。
图4 信号处理流程图Fig.4 Flow chart of signal processing
质心法图像预处理算法一般包括：灰度值的计算、图像半阈值化、图像边缘提取，最后根据质心法计算质心。
1）计算图像灰度值
对应于每个灰度值，求出图像中具有该灰度值像素数的图形叫做灰度值直方图。直方图是表达图像灰度级分布情况的统计表，但直方图不提示像素的具体位置。由于直方图能够直观地表征图像特性的信息，因此在图像处理中起着非常重要的作用，可以用来作为图像数字化的参数和确定分割图像阈值的依据。
2）图像半阈值化
半阈值法，即将灰度级低于某一阈值的像素灰度变换为0，而其余的灰度级不变，仍保留原来的灰度值［6－7］。其处理方法如下：
全局阈值是根据整幅图像f确定的：
式中B为图像阈值。
设图像目标为I，I中的每一个像元I（i，j）与阈值B相减，结果大于B值的像素灰度保持不变。结果小于B 值的为“0”。设f（i，j）＝I（i，j）－B，则有：
3）图像的边缘检测
图像边缘提取是测量的基础和关键。首先，对经过半阈值化处理后的图像生产一幅矩阵数据表；随后，对这幅图表在X和Y方向各进行一次卷积，采用的算子为一种较为常用的Sobel算子，图5所示为Sobel算子，得到两组数据表；再将这两组数据进行相应取最大值运算，可用公式表示如下：
式中：（i，j）为数据表中的X和Y方向相应单元格坐标；fX（i，j），fY（i，j）分别为第一和第二组数据表中（i，j）处的数据。
图5 Sobel边缘检测算子Fig.5 Sobel edge detection operator
最后，查找到的一个最大的f0（i，j）必为边缘像素，取以f0（i，j）中心的3像素×3像素为单元，对比f0（i，j）周边值，找到其中的最大值作为下一个边缘点。如此下去，直到边缘封闭为止。
4）质心算法
本文采取传统质心求取算法。图像质心即图像灰度的重心，设图像有i，j两个方向，m，n分别为i，j方向像素的数量，g（i，j）为像素点（i，j）处的灰度值，则图像质心位置坐标表达式如下：
3 试验结果
首先将自准直仪、计算机、电源等部件连接，并将反射镜粘贴在被测系统上。其次，测试前行初始对准时，必须通过调节安装夹具使红光激光束大致入射在测试反射镜几何中心位置，以保证测试过程中入射光点始终落在测试镜上，同时保证经过测试反射镜反射后的光点落在高速动态自准直仪CCD光敏面的中心点位置附近，以确保测试光点的晃动落在器件线性度较好的区域。
对某型光电跟踪系统在室内进行动态稳定精度的测量，并对其数据进行处理。对采集数据的处理分析：首先对测量的图像数据进行了质心的求取；其次将所有图像的质心作了线性拟合，并对其进行去漂移过程；再次，将处理的结果作了一个均方根的计算，得出稳定精度，试验数据如表3所示。
表3 结果数据表Table 3 Datasheets of resulturad X向手动模式 20 15锁定模式方向方式方位／urad 俯仰／21 16 Y向手动模式 23 18锁定模式 37 32 Z向
49 46手动模式 38 24锁定模式
将各个方向两种工作模式下的方位和俯仰进行均方差处理，即可以看出系统分别在X，Y，Z向的两种工作模式下的稳定精度：
4 结论
本文提出一种以光学自准直原理为主要技术的稳定精度测试方法，完成了基于光学自准直技术的测试研究。从实验结果可以看出，测试50μrad级两轴两框架系统的稳定精度，测出最大稳定精度为48μrad，所以本测试系统能满足50μrad级两轴两框架系统的动态稳定精度测试需求。
【相关文献】
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时利用示波器记录光电转化电流的波形，以得到光电探测器的响应时间。 3. 噪声测试 噪声是光电探测器的另一个重要性能参数，指的是光电探测器未受到光信号时产生的电流和电压波动。噪声影响了光电探测器的信噪比和灵敏度。光电探测器的噪声测试需要利用示波器和功率谱仪来对光电探测器的电流和电压进行测试。 4. 阈值电流测试 阈值电流是光电探测器另一个重要性能参数，是指光电探测器开始进行光电转换时所需的最小电流。阈值电流直接影响光电探测器的检测能力。光电探测器的阈值电流测试需要利用实验仪器来检测光电转换电流和光功率计之间的关系，以此得到阈值电流。 总的来说，光电探测器关键性能参数测试是一项非常重要的工作，它能够为光学系统和通信系统中光电探测器的适当选择和性能提升提供可靠的理论和实践基础。伴随着科技的迅速发展和社会的不断进步，光电探测器在各个领域的应用越来越广泛，不断地推动着光学技术的进步和创新 综上所述，光电探测器的关键性能参数测试是非常重要的，能够为光学系统和通信系统的性能提升提供有力的支撑。实验测试技术的不断发展，为光电探测器的测试提供了更为精确和高
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光电探测器响应度测试需要使用光源发出一定功率和波长的光，过程中记录下 相应的光电流强度，然后通过计算响应度来评估光电探测器的性能。测试时需要注意光源的功率和光的波长，以确保测试结果的准确性。 2.量子效率测试方法 量子效率测试需要使用一个标准光源。测试时将光源的光线通过单色仪分成不 同的波长段，然后通过光电探测器来测试不同波长下光电流的强度，进而计算出不同波长下的量子效率。测试时需要注意确保光源的光线均匀、稳定，以避免测试结果的误差。 3.噪声测试方法 噪声测试需要将光电探测器置于一个黑暗的环境中，然后记录下在没有光照射 时的光电流强度，即暗电流强度。通过计算暗电流强度和噪声系数，来评估光电探测器的噪声性能。测试时需要注意避免干扰信号的出现，以确保测试结果的准确性。 三、结论 本文介绍了光电探测器的常见性能参数以及性能测试方法。需要注意的是，在 测试过程中应该避免干扰信号的产生，保证测试结果的准确性。在实际应用中，应该选择适合自己需求的光电探测器，并进行性能测试，以保证光电探测器的稳定、可靠、精准的性能。
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光电跟踪系统的原理和应用
光电跟踪系统的原理和应用 1. 简介 光电跟踪系统是一种利用光电传感器对物体运动轨迹进行实时跟踪和记录的技术。它广泛应用于工业生产、运动分析、视觉导航等领域。本文将介绍光电跟踪系统的原理和应用。 2. 原理 光电跟踪系统的原理基于光电传感器对光信号的检测和处理。它包括以下几个主要组成部分： 2.1 光源 光源是光电跟踪系统的重要组成部分。通常使用的光源包括激光器、LED等。光源发出的光线经过适当的控制和调节，照射到被跟踪物体表面。 2.2 光电传感器 光电传感器是光电跟踪系统中的核心部件。它能够将光信号转换为电信号，并经过处理后输出相应的数据。光电传感器可以根据不同的原理分为光电二极管、光敏电阻、光电开关等。 2.3 数据处理器 数据处理器负责接收光电传感器输出的数据，并进行相应的处理和分析。通过对数据的处理，可以获得被跟踪物体的运动轨迹、速度等相关信息。 3. 应用 光电跟踪系统在各个领域都有广泛的应用。以下是光电跟踪系统的几个常见应用场景： 3.1 工业生产 光电跟踪系统可以应用于工业生产中的自动化流水线。它可以实时跟踪和记录产品在生产过程中的位置和运动情况，以及检测产品的质量和准确性。 3.2 运动分析 光电跟踪系统可以用于运动分析，例如运动员的姿势分析、物体的运动轨迹分析等。通过对物体运动轨迹的记录和分析，可以得到详细的运动参数，为运动员的训练和竞技提供参考。
3.3 视觉导航 光电跟踪系统可以应用于视觉导航领域，例如自动驾驶车辆的导航系统。通过 对车辆周围环境的光电跟踪，可以实时获取车辆位置和周围物体的位置信息，从而实现车辆自主导航。 3.4 虚拟现实 光电跟踪系统在虚拟现实领域中起着重要的作用。通过对用户的头部和手部位 置的跟踪，可以实现用户在虚拟环境中的自由移动和交互，提升虚拟现实的沉浸感和真实感。 4. 优势和挑战 光电跟踪系统具有以下几个优势： •高精度：光电传感器可以实现高精度的位置跟踪，能够满足各种应用场景的要求。 •实时性：光电跟踪系统能够实时地获取被跟踪物体的位置和运动信息。 •可定制性：光电跟踪系统可以根据不同的需求进行定制和优化，适用于不同的应用场景。 然而，光电跟踪系统也存在一些挑战： •复杂性：光电跟踪系统需要进行精确的校准和调试，以确保准确的跟踪和测量结果。 •成本：光电跟踪系统的成本较高，对于一些应用场景来说可能并不经济实惠。 •环境限制：光电跟踪系统对环境的要求较高，例如光照条件和物体反射性等。 5. 结论 光电跟踪系统是一种基于光电传感器的实时跟踪和记录技术，具有广泛的应用 前景。它在工业生产、运动分析、视觉导航和虚拟现实等领域都有重要的应用价值。虽然光电跟踪系统存在一些挑战，但随着技术的进一步发展和成本的降低，相信光电跟踪系统将在更多的应用场景中得到广泛应用。
光电跟踪系统的原理
光电跟踪系统的原理 光电跟踪系统是一种利用光电原理实现目标跟踪和控制的技术系统。其原理是通过检测目标的光特征并对其进行识别和分析，进而实现对目标的准确跟踪和定位。光电跟踪系统广泛应用于工业自动化、航天、军事、医疗等领域。 光电跟踪系统通常由光源、光电传感器和数据处理及控制单元三部分组成。光源的作用是发射出光信号，一般采用激光器或光电二极管。光电传感器负责接收光源发出的光信号，并将光信号转化为电信号进行采集和处理。数据处理及控制单元则负责对光电传感器采集到的数据进行处理和分析，进而实现目标的跟踪和控制。 光电跟踪系统的原理主要有以下几点： 1. 光源发射光信号：光源一般采用激光器或光电二极管，可以发射出一束很窄的光束。光束经过透镜聚焦成一束射线，用于照射目标物体。 2. 目标反射光信号接收：目标物体被照射后会反射出一部分光信号，光电传感器会接收到这些被反射的光信号。光电传感器通常包括光敏元件和信号放大电路，可将光信号转化为电信号进行采集。 3. 数据处理及分析：光电传感器采集到的电信号会经过数据处理及控制单元进行处理和分析。数据处理及控制单元可以根据光信号中的信息识别目标，并计算
出目标的位置、速度、方向等参数。 4. 目标跟踪和控制：通过对目标位置、速度和方向等参数的计算和分析，光电跟踪系统能够准确地跟踪和定位目标。在实际应用中，可以根据具体需求对目标进行控制，例如实现目标的自动追踪或控制目标的移动轨迹。 光电跟踪系统的优点是具有高精度、快速响应和全天候工作的特点。由于光信号可以传播的速度非常快，因此光电跟踪系统可以实时地对目标进行跟踪和控制。同时，光电跟踪系统还可以应用于无人驾驶、航天导航、医疗影像等领域，为人们的生活和工作带来了便利。 总之，光电跟踪系统通过光源发射光信号，光电传感器接收并转化成电信号。通过数据处理及控制单元的分析和计算，实现对目标的准确跟踪和控制。光电跟踪系统具有高精度、快速响应和全天候工作的特点，在工业自动化、航天导航、军事作战等领域有着广泛的应用前景。
光电跟踪稳定平台控制系统关键技术浅析
光电跟踪稳定平台控制系统关键技术浅 析 【摘要】当前无人机的研究工作和设计水平越来越高，光电跟踪稳定平台作 为无人机的重要组成部分，应用也更加广泛。光电稳定平台的跟踪和稳定程度将 会直接影响到整个系统的成像质量。本文就主要对当前光电跟踪稳定平台控制系 统关键技术进行了分析，从视轴稳定控制和自抗扰控制等方面进行了研究，以期 能够给日后的光电跟踪稳定平台控制系统中的关键技术有一定的帮助。 【关键词】光电跟踪稳定平台；控制系统；关键技术 1 当前光电跟踪稳定平台的研究现状 1.1 光电跟踪稳定平台的研究背景 光电跟踪稳定平台对无人机、战车以及舰船等载体有着扰动的作用，并且能 够更快的对跟踪机动目标进行快速的捕捉，当前已经在侦查、测量以及搜索和营 救等多方面都有着广泛的应用。在军事方面，随着当前科学技术的快速发展，现 代化的战争形势也已经出现了。光电跟踪稳定平台对军事武器的打击力的提升也 有着很重要的作用，以往的海、陆、空三维方式的战场已经转变成当前的海、陆、空、信息、天为一体的五维战场。对比近年来的战争来看，情报信息的实时性已 经成为了决定战争胜利与否的重要因素。而近些年来，侦查用的无人机在战争中 的优势和作用也逐渐显现出来了，世界各国也都对无人机的性能进行了大力的研 究和开发，我国的侦查用无人机的研发工作也成为了当前国家重点的研究项目。 1.2 光电跟踪稳定平台的研究现状 光电跟踪稳定平台，在无人机中有着眼睛的作用，想要对机动目标进行跟踪 和测量，与定基座的光电稳定平台伺服系统在性能上有很大的出入，主要是因为 机载光电跟踪稳定平台利用了视轴稳定控制的方式。视轴稳定技术主要是应用了
光电吊舱的跟踪原理
光电吊舱的跟踪原理 光电吊舱是一种广泛应用于无人机、航空航天等领域的高精度跟踪设备。其跟踪原理主要涉及以下方面：目标检测、目标跟踪、目标定位、跟踪控制和数据处理。 1.目标检测 目标检测是光电吊舱跟踪过程中的首要环节。其基本原理是利用图像处理技术，从采集的图像中提取出目标信息。具体步骤如下：（1）图像采集：通过光电吊舱中的摄像头或其他传感器采集目标及其周围的图像信息。 （2）预处理：对采集的图像进行预处理，如去噪、增强、滤波等，以提高图像质量。 （3）特征提取：从预处理后的图像中提取出与目标相关的特征，如颜色、形状、纹理等。 （4）目标检测：利用特征提取的结果，通过适当的算法（如分类器、回归器等）检测出目标的位置和轮廓。 2.目标跟踪 目标跟踪是在检测到目标后，对目标进行连续跟踪的过程。其基本原理是利用光流法、粒子滤波器等方法，对目标进行跟踪和预测。具体方法如下： （1）光流法：通过计算每个像素点的光流矢量，推断出目标的位置和运动信息。常用的光流法有Lucas-Kanade方法等。 （2）粒子滤波器：通过大量的随机粒子来描述目标的运动状态，
利用递推贝叶斯滤波对粒子进行更新和重采样，以获得目标的最新位置和速度。 3.目标定位 目标定位是在跟踪过程中确定目标的具体位置信息。其基本原理是利用卡尔曼滤波器、Differential GPS等方法，对目标的绝对位置进行估计。具体方法如下： （1）卡尔曼滤波器：通过一系列的状态转移和观测更新，对目标的动态行为进行建模和预测。通过卡尔曼滤波器，可以实现对目标位置的高精度估计。 （2）Differential GPS：通过接收GPS卫星信号，并结合差分技术进行定位计算，可以获得高精度的位置信息。在实际应用中，可以将卡尔曼滤波器与Differential GPS相结合，以提高定位精度。 4.跟踪控制 跟踪控制是实现光电吊舱对目标持续跟踪的关键环节。其基本原理是利用反馈控制、鲁棒控制等方法，通过对跟踪系统的调节，使得光电吊舱能够稳定、准确地跟踪目标。具体方法如下： （1）反馈控制：通过将跟踪误差作为反馈信号，对光电吊舱的跟踪系统进行调节，以减小跟踪误差。反馈控制常用的控制算法有PID控制器等。 （2）鲁棒控制：针对目标轨迹可能存在的突变、干扰等情况，采用鲁棒控制方法对跟踪系统进行设计，以提高系统的鲁棒性。鲁棒控制常用的算法有H∞控制器等。
光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状
光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状 2012年 6 月
目录 摘要 (1) 第1章引言 (2) 第2章光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理 (3) 2.1计算机控制单元 (3) 2.2环路控制单元 (3) 第3章光电跟踪仪伺服控制系统的关键技术 (5) 3.1瞄准线稳定技术 (5) 3.2复合控制技术 (5) 3.3等效复合控制与预测滤波技术 (6) 3.4共轴跟踪技术 (6) 3.5复合轴控制技术 (7) 3.6其它高精度控制技术 (8) 第4章光电跟踪仪伺服控制系统的国内外发展现状及趋势 (9) 4.1国内外发展现状 (9) 4.2发展趋势 (9)
摘要 光电跟踪仪中的伺服控制系统是光电跟踪设备的重要组成部分，其跟踪精度是衡量光电跟踪设备的主要指标，实现高精度跟踪控制，成为许多高精度光电跟踪设备必须解决的难题之一。因此要获得高精度的光电跟踪仪，必须深入了解其伺服控制系统。 本文从光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理、关键技术及其国内外发展现状与发展趋势三方面对其进行了介绍，为伺服控制系统的设计及研究提供了参考。 关键词：光电跟踪，伺服控制系统，跟踪精度
第1章引言 光电跟踪伺服控制系统是一个包括光电探测、信号处理、控制系统及精密机械等几部分组成的复杂设备。它的主要功能是根据光电传感器送来的目标位置偏差信号的大小及方向控制伺服电机驱动跟踪轴，减小偏差，实现对目标的光电闭环自动跟踪，其具有实时性、精度高的特点，在靶场测量、武器控制、航空等各种军用与民用领域有着广泛的应用。 随着现代技术的发展、目标机动性能的增强，对光电跟踪仪的伺服控制系统要求越来越高，要求其响应更快、稳定和跟踪精度更高。某些系统甚至要求跟踪精度达到1μrad。多年来，国内外的科技工作者在提高光电跟踪仪伺服控制系统跟踪精度方面进行了深入的伺服控制策略方面的研究。 为此，深入了解光电跟踪仪伺服控制系统的工作原理、关键技术的应用与研究及国内外发展现状，对于探讨进一步提高其性能指标的方法具有重要的意义。
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究 随着现代工业的发展，越来越需要更精确地控制机器轴系统，以满足更高精度的工业作业。光电跟踪技术是一种利用目标符号识别、光学系统或传感器和机电一体化等技术实现机器轴系统（例如直线导轨系统）运动控制的现代工控制系统。由于其高精度、快速响应、节省开支等优点，光电跟踪技术在机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用领域得到了越来越多的应用。 复合轴系统是光电精密跟踪技术的关键因素之一，包括子轴和主轴。轴系统中主控制轴线定义了运动控制系统中的工作位置和运动轨迹，而子轴控制轴线可以使物体和仪器旋转、平移以及变形，使得物体的运动的准确性和精确度得到提高。因此，研究分解复合轴系统中子轴控制，使其得到准确的控制，对于保证光电精密跟踪的普遍应用具有重要的意义。 子轴控制器可以通过电机连接和旋转实现，以控制复合轴系统工作位置。在复合轴系统中，子轴控制系统可以实现准确控制，通过调整角速度及角位置，从而实现复合轴系统的多维空间控制。为了实现子轴控制，对子轴电机的性能进行优化，以确保其获得良好的空间性能，特别是在运动控制系统中使用电机进行高精度控制时，其性能较为关键，当轴系统处于一定载荷、低温、湿环境下时，电机的精度还会逐渐降低。因此，研究和优化子轴电机的力学性能和控制算法，对于提高复合轴系统的稳定性和精度具有重要的意义。 根据上述分析，研究复合轴系统以及其中的子轴控制，对于推动光电精密跟踪技术的广泛应用，具有重要意义。研究者不仅要分析复合轴系统及其旋转、平移等变形，还要研究子轴控制器的力学性能和控制算法，优化其电机性能，以确保机器轴系统的正常运行和精确控制。实际上，研究子轴控制将有助于提高光电精密跟踪技术的精度，从而为机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用技术提供解决方案。
光电稳瞄系统装调的关键技术
光电稳瞄系统装调的关键技术 摘要:由于考虑涉及到产品光学稳定性和瞄准控制系统的技术复杂性和产品研发的长期不可持续预测性,传统的自动调整瞄准技术远远不能完全满足产品研发的实际需要。本课题分析主要用于研究光谱探测器不同光谱测量范围之间在光电转动稳定性上的内在差异,系统和应用光学校正平台之间结构的物理复杂性以及校正精度的几个关键技术控制问题,利用多功能自准光校直仪研究解决了光轴与驱动转轴不同地协调转动引起的光轴轴向平行转动校正误差问题,建立了固定空间光轴瞬态校正控制参数,并通过设计专用大中小口径光轴自动标定校正装置,作为光轴自动同步校正精度和光轴机械安装精度相互匹配的主要出发点,通过专用俯仰-旋转方位/轴向升力极限精度测量仪的光轴设计,确定了各驱动部件之间自动装配和机械安装精度误差的直接影响,解决了由于驱动转轴的轴向正交性而转动引起的光轴校正误差问题,完成了应用传统光轴技术和应用常规光轴调谐控制装置中所无法直接达到的光轴设计控制任务和机械精度控制要求。 关键词:光电稳瞄系统;装调技术;光轴调校 引言 随着光伏系统集成技术的发展,发展多光谱系统、渐开线和高精度的稳定扫描和高精度传输系统、通用光电系统、轴偏差精度和角度测量方法是必然趋势,稳定器的精度将直接影响火控系统的静态和动态精度,以及对火控系统的捕获、瞄准和跟踪。目前,由于光学稳定系统的复杂性和科学发展的不可预测性,世界各国红外测温仪、激光测距仪、日间摄影系统、激光报警系统等多传感器的调谐过程都存在许多技术难点,激光视觉抑制系统与光路的结合已经得到了广泛的应用,传统的调谐技术远远不能满足产品开发的要求,迫切需要研究一系列关键技术,因此,根据多年来光学仪器的安装方法,对大型复杂光学稳定系统中光学传感器的平行度和制导精度等光轴调整的关键技术进行了分析和验证,并结合稳态扫描系统的典型结构,阐述了关键技术问题的解决方案
直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析
直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析 吴斌;程刚;郭亮;徐红伟 【摘要】Reliability of stabilized electro-optical sight system is important for the helicopter airborne weapon system. The concepts of military electro-optical system are presented, as well as the function and components of the helicopter airborne stabilized sight system. The reliability diagram and mathematical models of shipboard helicopter stabilized sight system are given. The factors influencing the systematical reliability and the failure modes are researched. The reliabilities of stabilized sight system structure, optics and electrics are discussed. A prediction method of reliability for stabilized sight system by computer simulation is proposed. Failure of a shipboard helicopter stabilized sight system occurred for two times during the 96 hours reliability test, which met the reliability requirement that the mean time between failures (MTBF) should be less than 32 hours. Prediction and analysis on the reliability of stabilized sight turret combined with corresponding provisions can improve the design quality and shorten the development cycle.%稳瞄系统可靠性对直升机载武器系统可靠性具有重要影响.通过对产品可靠性概念和军用光电系统可靠性、直升机栽稳瞄系统的功能和组成单元的阐述,给出了舰载直升机光电稳瞄系统的可靠性框图和数学模型.研究了舰载直升机稳瞄系统的可靠性影响因素和系统故障模式,探讨了稳瞄系统结构、光学和电气可靠性,提出通过计算机仿真对稳瞄系统可靠性进行预计分析的方法.某舰裁直升机稳瞄系统在96 h可靠性试验过程中出现故障2次,达到MTBF≤32 h的可能性指标要求.对系统可靠性提前进行
光电测量系统的设计与标定研究
光电测量系统的设计与标定研究摘要： 光电测量系统是一种常用的测量工具，具有广泛的应用领域。本文研究了光电测量系统的设计和标定方法。首先介绍了光电测量系统的基本原理和组成部分，包括光源、光电传感器和信号处理模块。然后讨论了光电测量系统的设计要点，包括测量范围、灵敏度和精度等。接下来详细介绍了光电测量系统的标定方法，包括传感器的灵敏度和非线性误差的标定。最后通过实验验证了所提出的设计和标定方法的有效性。 关键词：光电测量系统、设计、标定、测量范围、灵敏度、精度、传感器、非线性误差 1. 引言 光电测量系统是一种利用光和电信号相互转换的测量工具，其在工业生产、科学研究和医学诊断等领域有着广泛的应用。光电测量系统可以通过测量光的强度、位置和速度等参数来获取被测量物体的信息，具有高精度、高速度
和非接触等优点。因此，光电测量系统的设计和标定对于 保证测量结果的准确性和可靠性具有重要意义。 2. 光电测量系统的基本原理与组成 光电测量系统由光源、光电传感器和信号处理模块组成。光源可以是激光、LED或者其他光源，用来提供光信号。 光电传感器是光电测量系统中最关键的部分，常用的光电 传感器有光电二极管、光电三极管、光电二极管阵列等， 用来将光信号转换成电信号。信号处理模块主要负责对电 信号进行放大、滤波和数字化等处理。 3. 光电测量系统的设计要点 在设计光电测量系统时，需要考虑一系列的要点。首先 是测量范围，即系统能够测量的最大和最小光强度范围。 其次是系统的灵敏度，即系统对光强度的变化的敏感程度。第三是系统的精度，即系统测量结果的准确程度。此外， 还需考虑光源和传感器的参数选择，如光源的波长和功率等。 4. 光电测量系统的标定方法
光电检测技术的现状及发展趋势
光电检测技术的现状及发展趋势光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术,主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等,具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点,在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用,如光扫描、光跟踪测量,光纤测量,激光测量,红外测量,图像测量,微光、弱光测量等,是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术;本文从光电检测技术本身特点出发,分析其发展现状及发展趋势; 一、光电检测技术的概述 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术;它主要利用电子技术对光学信号进行检测,并进一步传递、储存、控制、计算和显示;光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量;它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息,然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量,并进一步经过电路放大、处理,以达到电信号输出的目的;然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律,以便于进行相应的电路改进,更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性,从而了解非电量的状态;微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号,同时提高测系统输出信号的信噪比; 光电检测的系统机构比较简单,分为信号的处理器,受光器,光源;在实际检测过程中,受光器在获得感知信号后,就会被反映为不同形状、颜色的信号,同时根据这些器件所处在的不同位置,就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式;光电检测的媒介光应当是自然的光,例如白炽灯或者萤光灯;特别是随着这些技术的发展,光电技术也取得的非常好发展;由于投光器在发出光后,会以不一样的方式触摸这些被检测物中,直到照射到检测系
舰载光电跟踪仪对低空掠海目标边缘前点跟踪方法
舰载光电跟踪仪对低空掠海目标边缘前点跟踪方法 I. 引言 - 阐述舰载光电跟踪仪在现代海上作战中的重要作用 - 引出本文研究内容，即针对低空掠海目标边缘前点跟踪的方法 II. 舰载光电跟踪仪技术概述 - 简要介绍舰载光电跟踪仪的基本原理、组成结构及相关指标- 分析舰载光电跟踪仪在低空掠海目标边缘前点跟踪方面的优点和不足 III. 低空掠海目标边缘前点跟踪方法研究 - 介绍目前常见的低空掠海目标跟踪方法，分析其优缺点 - 针对边缘前点跟踪问题，提出基于舰载光电跟踪仪的新型跟踪方法 - 分析新方法的可行性和优点 IV. 实验设计及结果分析 - 设计实验流程，采用模拟数据模拟低空掠海目标飞行路径，进行实验验证 - 对比分析新方法与现有方法在跟踪精度、稳定性等方面的表现 - 初步探讨新方法的实际应用前景 V. 结论及展望 - 总结本文的研究内容、实验结果及创新点 - 对新方法在实际应用中可能存在的问题和改进方向进行探讨
- 展望舰载光电跟踪仪技术在未来的发展前景及应用范围的拓展。第一章：引言 随着技术的不断革新和更新换代，现代海上作战对于装备的需求与日俱增。在当今战场上，舰载光电跟踪仪作为一种新型的先进设备，已经成为海上作战的重要装备之一。舰载光电跟踪仪可以在战场上进行远程目标的探测、跟踪和监视，能够实时获取各种信息，协助指挥员进行战术决策，极大提高了作战的效率和精度。 在现代战争中，低空掠海目标的数量不断增加，对于舰载光电跟踪仪提出了更高的技术要求。在低空掠海目标探测、跟踪方面，目标的边缘前点的位置非常重要，能够提供更为准确的信息，然而目前常见的探测和跟踪方法在边缘前点的探测问题上普遍存在较大瓶颈，需要进一步加以研究和解决。因此，在本文中，将针对低空掠海目标边缘前点跟踪方法进行研究，探讨基于舰载光电跟踪仪的新型跟踪方法，以提高边缘前点跟踪的精度和稳定性。 本章将先简要介绍舰载光电跟踪仪的技术概述，分析其在低空掠海目标探测和跟踪方面的优点和不足；接着进一步阐述本文的研究内容和意义，以及论文主要的章节安排。 一、舰载光电跟踪仪技术概述 舰载光电跟踪仪是一种基于现代光电技术的先进装备，其主要原理为接收外部光源反射或散射到目标的辐射能，并通过信号
光电检测方法研究毕业设计
摘要 随着石油、天然气工业以及煤炭工业的发展，煤矿爆炸事故日益增加。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数以煤为主要能源的国家之一。在煤炭的生产、加工过程中产生的大量甲烷(CH4)及一氧化碳(CO)等易燃易爆气体，带来了煤矿安全、环境污染等一系列的问题。因此，对煤矿生产、加工过程中产生的有害气体进行高灵敏度检测变得十分重要。通信技术的发展使得光源及各种光纤器件性能更加完善。因此，在各种气体传感器中光纤气体传感器受到国内外研究者的广泛关注。光纤气体传感器因其敏感元件与检测电路和信号处理电路实现了完全的电隔离，使系统更加安全可靠。 本文基于差分检测原理，设计了用于气体传感中微弱信号测量的增益可调的便携式双光路光电检测和采集系统。系统采用以AD795 为核心的低噪声、高灵敏度前置放大器，通过有效的抗干扰措施，实现了微弱信号的高精度低噪声检测，并配以具有极强抗噪性能的24bitsΣ－△模数转换芯片AD7794，完成高分辨率的数据采集。通过AVR 单片机控制实现电路增益的自动调节，解决了差分检测中存在的小信号放大，大信号饱和的问题。 关键词：气体传感；光电检测；微弱信号测量；可调增益；数据采集
Abstract Along with the development of oil and natural gas industry,the coal mine exploding accident increased everyday.China is the country with the maximal coal yield and consumption,and also is one of the countries using coal as the most energy sources. Many kinds of inflammable and explosive gases such as methane(CH4)and carbon monoxide(CO)coexisting in the process caused a series of problem like the safety problem and environment pollution and so on.So it is very important to detect more sensitive the harmful gases engendering in the coal mine.