激光跟蹤儀長(zhǎng)距離光束準(zhǔn)直及動(dòng)態(tài)測(cè)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(cè)量?jī)x器，融合了激光干涉測(cè)量、光電檢測(cè)、精密機(jī)械、電機(jī)伺服控制及計(jì)算機(jī)等技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速跟蹤及其空間坐標(biāo)的高精度測(cè)量。由于其能實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度、高效的動(dòng)態(tài)測(cè)量，激光跟蹤儀已廣泛應(yīng)用于大型工件裝配及檢測(cè)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(zhǎng)距離光束準(zhǔn)直及動(dòng)態(tài)測(cè)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(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量的工作原理，針對(duì)

2、激光跟蹤儀跟蹤測(cè)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(cè)控單元帶寬限制的問題，對(duì)跟蹤光束長(zhǎng)距離準(zhǔn)直技術(shù)及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤中的動(dòng)態(tài)測(cè)控技術(shù)進(jìn)行研究，以實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)、高性能的激光跟蹤儀打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　針對(duì)激光跟蹤儀跟蹤測(cè)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(duì)跟蹤距離的影響。針對(duì)光功率對(duì)跟蹤距離的影響，進(jìn)

3、行了激光跟蹤儀靶鏡位移探測(cè)光路與雙頻干涉光路優(yōu)化設(shè)計(jì)，使跟蹤光束利用率提高了15倍。針對(duì)光束準(zhǔn)直特性對(duì)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(jì)，包括準(zhǔn)直原理分析、準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　針對(duì)激光跟蹤儀跟蹤速度受測(cè)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(cè)控單元中目標(biāo)偏差檢測(cè)模塊帶寬對(duì)跟蹤性能的影響。針對(duì)該影響，進(jìn)行了目標(biāo)偏差檢測(cè)模塊的電路設(shè)計(jì)，使目標(biāo)偏差檢測(cè)模

4、塊的帶寬大于0.8MHz，滿足跟蹤系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。此外，針對(duì)測(cè)控單元中信號(hào)解調(diào)及解耦單元數(shù)字接口設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題，進(jìn)行了信號(hào)解調(diào)及解耦單元數(shù)字接口的優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省了芯片資源，并簡(jiǎn)化了硬件電路及程序設(shè)計(jì)，提高了測(cè)控單元的設(shè)計(jì)及調(diào)試效率。
　　最后，根據(jù)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)組成，構(gòu)建跟蹤測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行跟蹤光束長(zhǎng)距離準(zhǔn)直、動(dòng)態(tài)跟蹤性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)及大工作距動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，跟蹤光束特性在100m范圍內(nèi)