激光跟蹤儀長距離光束準(zhǔn)直及動態(tài)測控技術(shù)研究.pdf

1、激光跟蹤儀作為一種高精度的空間大尺寸三維坐標(biāo)測量儀器，融合了激光干涉測量、光電檢測、精密機(jī)械、電機(jī)伺服控制及計算機(jī)等技術(shù)，能實現(xiàn)對運(yùn)動目標(biāo)的快速跟蹤及其空間坐標(biāo)的高精度測量。由于其能實現(xiàn)大范圍、高精度、高效的動態(tài)測量，激光跟蹤儀已廣泛應(yīng)用于大型工件裝配及檢測等領(lǐng)域，是衡量現(xiàn)代精密裝備制造水平的重要標(biāo)志。
　　本課題“激光跟蹤儀長距離光束準(zhǔn)直及動態(tài)測控技術(shù)研究”，基于現(xiàn)有激光跟蹤儀樣機(jī)結(jié)構(gòu)，分析激光跟蹤儀實現(xiàn)跟蹤測量的工作原理，針對

2、激光跟蹤儀跟蹤測量范圍受跟蹤光束發(fā)散特性限制、激光跟蹤儀跟蹤速度受測控單元帶寬限制的問題，對跟蹤光束長距離準(zhǔn)直技術(shù)及運(yùn)動目標(biāo)跟蹤中的動態(tài)測控技術(shù)進(jìn)行研究，以實現(xiàn)激光跟蹤儀大范圍、高速跟蹤的目標(biāo)，為最終研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、高性能的激光跟蹤儀打下堅實的基礎(chǔ)。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　針對激光跟蹤儀跟蹤測量范圍受跟蹤光束發(fā)散特性限制的問題，分析跟蹤光束——半導(dǎo)體激光的光功率及準(zhǔn)直特性對跟蹤距離的影響。針對光功率對跟蹤距離的影響，進(jìn)

3、行了激光跟蹤儀靶鏡位移探測光路與雙頻干涉光路優(yōu)化設(shè)計，使跟蹤光束利用率提高了15倍。針對光束準(zhǔn)直特性對跟蹤距離的影響，分析半導(dǎo)體激光經(jīng)光纖傳輸后的光束特性，進(jìn)行了準(zhǔn)直方案設(shè)計，包括準(zhǔn)直原理分析、準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計及仿真、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　針對激光跟蹤儀跟蹤速度受測控單元帶寬限制的問題，根據(jù)激光跟蹤儀跟蹤控制原理，分析激光跟蹤儀測控單元中目標(biāo)偏差檢測模塊帶寬對跟蹤性能的影響。針對該影響，進(jìn)行了目標(biāo)偏差檢測模塊的電路設(shè)計，使目標(biāo)偏差檢測模

4、塊的帶寬大于0.8MHz，滿足跟蹤系統(tǒng)對帶寬的要求，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。此外，針對測控單元中信號解調(diào)及解耦單元數(shù)字接口設(shè)計復(fù)雜的問題，進(jìn)行了信號解調(diào)及解耦單元數(shù)字接口的優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省了芯片資源，并簡化了硬件電路及程序設(shè)計，提高了測控單元的設(shè)計及調(diào)試效率。
　　最后，根據(jù)激光跟蹤測量系統(tǒng)組成，構(gòu)建跟蹤測控系統(tǒng)的實驗平臺，并進(jìn)行跟蹤光束長距離準(zhǔn)直、動態(tài)跟蹤性能測試實驗及大工作距動態(tài)跟蹤測試實驗。實驗結(jié)果表明，跟蹤光束特性在100m范圍內(nèi)