激光跟蹤儀長距離光束準直及動態(tài)測控技術研究.pdf

1、激光跟蹤儀作為一種高精度的空間大尺寸三維坐標測量儀器，融合了激光干涉測量、光電檢測、精密機械、電機伺服控制及計算機等技術，能實現(xiàn)對運動目標的快速跟蹤及其空間坐標的高精度測量。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用于大型工件裝配及檢測等領域，是衡量現(xiàn)代精密裝備制造水平的重要標志。
　　本課題“激光跟蹤儀長距離光束準直及動態(tài)測控技術研究”，基于現(xiàn)有激光跟蹤儀樣機結構，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直技術及運動目標跟蹤中的動態(tài)測控技術進行研究，以實現(xiàn)激光跟蹤儀大范圍、高速跟蹤的目標，為最終研制出具有自主知識產權、高性能的激光跟蹤儀打下堅實的基礎。本文主要研究內容如下：
　　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——半導體激光的光功率及準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

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)化設計，使跟蹤光束利用率提高了15倍。針對光束準直特性對跟蹤距離的影響，分析半導體激光經光纖傳輸后的光束特性，進行了準直方案設計，包括準直原理分析、準直系統(tǒng)設計及仿真、機械結構設計。
　　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偏差檢測模塊帶寬對跟蹤性能的影響。針對該影響，進行了目標偏差檢測模塊的電路設計，使目標偏差檢測模

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)響應速度。此外，針對測控單元中信號解調及解耦單元數(shù)字接口設計復雜的問題，進行了信號解調及解耦單元數(shù)字接口的優(yōu)化設計，節(jié)省了芯片資源，并簡化了硬件電路及程序設計，提高了測控單元的設計及調試效率。
　　最后，根據(jù)激光跟蹤測量系統(tǒng)組成，構建跟蹤測控系統(tǒng)的實驗平臺，并進行跟蹤光束長距離準直、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。實驗結果表明，跟蹤光束特性在100m范圍內