基于液晶相控陣的光束定向跟瞄技術(shù)研究.pdf

1、捕獲、跟蹤、瞄準技術(shù)被廣泛應(yīng)用在激光通信、激光雷達、激光定向等領(lǐng)域，然而傳統(tǒng)的光束跟蹤瞄準技術(shù)需要依賴復(fù)雜的機械傳動裝置實現(xiàn)，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、能耗高等缺點，而光學(xué)相控陣（Optical Phased Array，OPA）技術(shù)能夠快速、便捷、無機械的實現(xiàn)光束控制。近年來，隨著制造工藝的成熟和發(fā)展，光學(xué)相控陣技術(shù)已經(jīng)成為光束控制領(lǐng)域的研究熱點，并應(yīng)用于光束整形、光鑷、光束偏轉(zhuǎn)等領(lǐng)域。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對光束跟蹤定向

2、技術(shù)進行了回顧，簡要介紹了傳統(tǒng)光束跟蹤定向等系統(tǒng)中用到的幾種光束控制技術(shù)，重點分析了液晶相控陣技術(shù)近幾年的研究進展及其優(yōu)勢。⑵從理論和實驗上系統(tǒng)地研究了基于液晶相控陣的光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)。從波動光學(xué)出發(fā)，對液晶相控陣光束偏轉(zhuǎn)進行了理論分析，以此為基礎(chǔ)分析了電場邊緣效應(yīng)以及填充比對液晶相控陣光束偏轉(zhuǎn)特性的影響。結(jié)合隨機并行梯度下降（Stochastic Parallel Gradient Descent，SPGD）算法，利用基于澤尼克（Zern

3、ike）多項式的模式法實現(xiàn)了光束偏轉(zhuǎn)。開展了基于多孔干涉原理以及基于模式法光束偏轉(zhuǎn)的實驗研究，國內(nèi)首次將優(yōu)化式自適應(yīng)光學(xué)用于光束偏轉(zhuǎn)。⑶以液晶光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了液晶相控陣光束定向跟瞄的系統(tǒng)。首先設(shè)計了跟瞄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合控制理論，確立了跟瞄系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。結(jié)合實驗系統(tǒng)對目標運動模型進行了分析。采用非相干成像理論，對目標成像以及初級相差、大氣湍流對目標成像質(zhì)心定位的影響進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，傾斜以及大氣湍流都會對目標質(zhì)心定位造成

4、比較嚴重的影響，實際中需要對其進行補償，最后對跟瞄系統(tǒng)中存在的誤差進行了總結(jié)。⑷開展了基于液晶相控陣的光束定向跟瞄實驗。先介紹了實驗系統(tǒng)中涉及的圖像處理及目標定位的相關(guān)算法，在靜態(tài)條件下，結(jié)合目標特性，進行了光束掃描的實驗。然后，開展了光束指向系統(tǒng)的實驗，搭建了最大指向誤差為57μrad的光束定向系統(tǒng)。最后，利用程序控制CCD相機以及液晶相控陣連續(xù)運行，實現(xiàn)了對目標的跟蹤瞄準，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)±22mrad視場內(nèi)、角速度2.78mrad/