CN1677169A - 双反馈高精度光束瞄准的控制方法 - Google Patents

Abstract

双反馈高精度光束瞄准的控制方法，它涉及的是激光控制技术领域。它的控制步骤是：设定光束的二维偏转角度值Az、El 001；根据Az、El与二维偏转镜中的位移传感器的输出值，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行一级反馈误差修正002；计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标X_C、Y_C的值003；计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度ψ_h、ψ_v的值004；将ψ_h、ψ_v与Az、El进行比较后，对压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行二级反馈误差修正005；完成006。本发明能高精度的监测出二维偏转镜反射输出光束的偏转角度，对二维偏转镜进行实时反馈控制，其控制误差≤0.5μrad。

Description

双反馈高精度光束瞄准的控制方法

技术领域：

本发明涉及的是激光控制技术领域，具体是一种双反馈高精度光束瞄准的控制方法。

背景技术：

现有的激光光束瞄准控制方法中，多采用压电陶瓷驱动光学反射镜来改变光束的出射方向，其闭环控制的反馈单元为微位移传感器。由于光学反射镜面不是一个理想的刚体，在压电陶瓷伸缩力驱动下会发生形变，进而影响光束的偏转方向。在光束瞄准控制方法中，位移传感器只能测量压电陶瓷的伸缩量，无法测量光学反射镜面的实际偏转量。可见，光学反射镜面形变是影响瞄准控制精度的不确定因素，仅通过位移传感器一级反馈控制难以实现高精度光束控制。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双反馈高精度光束瞄准的控制方法。本发明可解决因二维偏转镜的反射镜面形变而影响控制激光光束反射角度的精度问题。它的控制步骤是：在计算机中设定激光光束的二维偏转角度值Az、El 001；计算机根据二维偏转角度值Az、El与二维偏转镜中的位移传感器的输出值，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行一级反馈误差修正002；计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标XC、YC的值003；计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度ψ_h、ψ_v的值004；计算机将实际二维偏转角度值ψ_h、ψ_v与设定二维偏转角度值Az、El进行比较后，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行二级反馈误差修正005；完成006。本发明能高精度的监测出二维偏转镜反射输出光束的偏转角度，对二维偏转镜进行实时反馈控制，其控制误差≤0.5μrad，并具有步骤简单、易于推广的优点。

附图说明：

图1是本发明的控制步骤流程示意图，图2是具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式：

结合图1、图2说明本实施方式，它的控制步骤是：在计算机中设定激光光束的二维偏转角度值Az、El 001；计算机根据二维偏转角度值Az、El与二维偏转镜中的位移传感器的输出值，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行一级反馈误差修正002；激光器输出的激光光束经偏转镜反射到分束镜的输入端中，一部分光束经分束镜反射输出，另一部分光束透过分束镜入射到CCD摄像机的输入端中；计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标X_C、Y_C的值003；计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度ψ_h、ψ_v的值004；计算机将实际二维偏转角度值ψ_h、ψ_v与设定二维偏转角度值Az、El进行比较后，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行二级反馈误差修正005；完成006。

所述步骤003计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标X_C、Y_C的值，X_C、Y_C值依据以下公式计算：

$\begin{array}{c}{X}_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)x_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)}\\ Y_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)y_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)}\end{array}$

上述公式中n为CCD摄像机的采样窗口中像素的个数，g_i为CCD摄像机像素的灰度值，B为采样阈值，u(x)为单位阶跃函数，(x_i，y_i)为CCD摄像机像素的坐标；采样阈值B的计算公式为：

$B=\frac{\underset{i=1}{\overset{2(W+H)-4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}{2(W+H)-4}$

上述公式中W和H分别为CCD摄像机采样窗口的横向和纵向的像素个数，g_i为CCD摄像机像素的灰度值(采样阈值B取值由系统和传感器的固有噪声以及背景光干扰的情况决定；对采样窗口边缘的像素点灰度值进行平均，能计算出采样阈值B)。

步骤004计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度ψ_h、ψ_v的值，ψ_h、ψ_v值依据以下公式计算：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Ψ}}_h=\mathrm{arctg}\left(\frac{X_c}{L}\right)\\ {\mathrm{\Ψ}}_v=\mathrm{arctg}\left(\frac{Y_c}{L}\right)\end{array}$

上述公式中，L为激光光束在偏转镜上的入射位置中心与CCD探测面间的垂直距离。

Claims (3)

1、双反馈高精度光束瞄准的控制方法，它的控制步骤是：在计算机中设定激光光束的二维偏转角度值Az、El(001)；计算机根据二维偏转角度值Az、El与二维偏转镜中的位移传感器的输出值，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行一级反馈误差修正(002)；其特征在于计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标X_C、Y_C的值(003)；计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度Ψ_h、Ψ_v的值(004)；计算机将实际二维偏转角度值Ψ_h、Ψ_v与设定二维偏转角度值Az、El进行比较后，对二维偏转镜中的压电陶瓷的二维偏转驱动电压进行二级反馈误差修正(005)；完成(006)。

2、根据权利要求1所述的双反馈高精度光束瞄准的控制方法，其特征在于步骤(003)计算机计算出激光光束在CCD摄像机上的二维坐标X_C、Y_C的值，X_C、Y_C值依据以下公式计算：

$X_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)x_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)}$

$Y_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)y_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(g_i-B)u(g_i-B)}$

上述公式中n为CCD摄像机的采样窗口中像素的个数，g_i为CCD摄像机像素的灰度值，B为采样阈值，u(x)为单位阶跃函数，(x_i，y_i)为CCD摄像机像素的坐标；采样阈值B的计算公式为：

$B=\frac{\underset{i=1}{\overset{2(W+H)-4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i}{2(W+H)-4}$

上述公式中W和H分别为CCD摄像机采样窗口的横向和纵向的像素个数，g_i为CCD摄像机像素的灰度值。

3、根据权利要求1所述的双反馈高精度光束瞄准的控制方法，其特征在于步骤(004)计算机根据二维坐标值X_C、Y_C，计算出实际二维偏转角度Ψ_h、Ψ_v的值，Ψ_h、Ψ_v值依据以下公式计算：

${\mathrm{\Ψ}}_h=\mathrm{arctg}\left(\frac{X_c}{L}\right)$

${\mathrm{\Ψ}}_v=\mathrm{arctg}\left(\frac{Y_c}{L}\right)$

上述公式中，L为激光光束在偏转镜上的入射位置中心与CCD探测面间的垂直距离。

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