大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量方法及系統(tǒng).pdf

1、快速控制反射鏡（Fast Steering Mirror，F(xiàn)SM）是一種能夠根據輸入信號控制和驅動其反射鏡面偏轉的光學裝置，快速并且較準確的調整光路內光線位置的光學裝置。壓電式快速控制反射鏡利用了壓電陶瓷疊堆執(zhí)行器（Piezoelectric ceramic actuators，PCAs）輸出的作用力大、體積小、分辨力高、響應速度快的優(yōu)點，特別適合高精度、高速度、高集成度的應用場合，在自適應光學補償、光束跟蹤和指向、圖像穩(wěn)定、激光掃描、

2、跟蹤、捕獲、瞄準系統(tǒng)、空間光通信等方面具有廣闊的應用前景。目前，大角度快速控制反射鏡偏轉角度的精確測量問題尚缺乏有效的解決方案。研究一種高精度的動態(tài)偏轉角度測量方法，并建立相應的測量系統(tǒng)以集成到快速控制反射鏡中構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高精度的反饋控制，是快速控制反射鏡應用于快速高精度的圖像穩(wěn)定、目標捕獲和光束指向的必然要求和前提。
　　本文設計了一種壓電式快速控制反射鏡，針對其偏轉角度測量問題，研究了一種基于位置敏感探測器的大角

3、度動態(tài)偏轉角度測量方法，建立了測量系統(tǒng)并對其特性進行了分析。在此基礎上，設計開發(fā)了快速控制反射鏡的大角度動態(tài)偏轉角度測量系統(tǒng)的原型，建立了相應的測試系統(tǒng)進行了實驗測試。理論分析結果和實驗測試結果表明本文提出的快速控制反射鏡的大角度動態(tài)偏轉角度測量方法和系統(tǒng)能夠準確的實現(xiàn)大于3°的動態(tài)偏轉角度測量。
　　本文研究的主要內容如下：
　?、傺芯坎⒃O計了一種大角度壓電式快速控制反射鏡，解決了常規(guī)的壓電式快速控制反射鏡偏轉角度較小的問

4、題，并對大角度壓電式快速控制反射鏡系統(tǒng)的驅動電路和控制器進行了分析。
　?、谔岢隽艘环N針對壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉測量的方法，分析了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量系統(tǒng)的測量原理并建立偏轉角度和光點在位置敏感探測器敏感區(qū)域位移的關系。介紹了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量系統(tǒng)硬件模塊與軟件模塊，在此基礎上，分析了此系統(tǒng)的測量范圍、分辨力和誤差等特性，證實了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量方法的可行性。

5、>　?、刍诳焖倏刂品瓷溏R偏轉角度測量原理，選用合適的光源、透鏡和位置敏感探測器PSD設計并搭建了整個光路系統(tǒng)。根據位置敏感探測器本身特性設計并開發(fā)了信號處理電路，實現(xiàn)了對位置敏感探測器輸出小電流的處理。設計開發(fā)了位置敏感探測器處理電路輸出信號的采集和計算的軟件模塊，實現(xiàn)了光點在PSD敏感區(qū)域的位置坐標和壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉測量結果的顯示。
　　④基于搭建的大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量系統(tǒng)原型設計并進行了位置敏

6、感探測器線性度測試和大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量系統(tǒng)的紋波測試、測量準確度測試、測量范圍測試、分辨力測試，分析了其測量結果誤差。測試結果表明角度測量系統(tǒng)的線性度優(yōu)于95％，紋波小于0.086°，準確度小于0.055°，測角范圍大于3°，分辨力優(yōu)于0.043°。本文設計的大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉角度測量系統(tǒng)具有紋波小、測量范圍大、準確度和分辨力高的優(yōu)點，實現(xiàn)了針對壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉的準確測量。
　　本文的