一种大角度的快速反射镜跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大角度的快速反射镜跟踪系统，该跟踪系统利用一块高分辨率小角度的快速反射镜M1和一块低分辨率大角度的快速反射镜M2实现大角度高精度跟踪功能。该控制方法是利用一个位置探测器提供的位置信息实现同一光路中2块快速反射镜M1、M2闭环，且2块快速反射镜M1、M2偏转互不耦合，可以采用2种控制方式：方式1：M1直接利用CCD提供的位置偏差进行闭环，M2闭环信号为位置偏差和M1的偏转角之和；方式2：M2闭环信号为M1的偏转角。无论哪种方案都可以实现大角度(即M2的最大转角)高精度跟踪。本发明专利技术的所述控制方法使跟踪系统简单，并且能够提高光束质量和探测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光束控制领域，具体涉及一种大角度的快速反射镜跟踪系统，可用于高精度跟踪系统。
技术介绍
在很多精密的光束校正领域既需要大角度偏转，又需要高精度跟踪，这就需要高闭环带宽、大角度偏转的快速反射镜。通常采用一块快速反射镜很难满足这个要求。这主要因为受限于快速反射镜的驱动机构采用压电陶瓷驱动的镜子响应频率高，可实现高带宽， 但转角有限；采用音圈电机驱动的镜子转角范围大，但是响应频率低，难于实现高带宽。如果将上述2种类型的镜子组合用于光路中，目前的方法是将压电陶瓷驱动的镜子及其探测系统放在音圈电机驱动的镜子后续光路中，采用2个独立的探测系统，2块镜子各自闭环互不影响。这使得系统复杂，并且影响光束质量和探测精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术的不足，提供一种大角度的快速反射镜跟踪系统，利用一个位置探测器提供的位置信息实现同一光路中2块快速反射镜闭环， 且2块快速反射镜Ml、M2偏转互不耦合，从而提高光束质量和探测精度。本专利技术解决上述技术问题提供的技术方案为一种大角度的快速反射镜跟踪系统，该跟踪系统由高分辨率小角度的快速反射镜Ml、分光镜M3、CCD图象探测系统、低分辨率大角度的快速反射镜M2、信标激光器组成，所有的部件都安装于同一平台上，其光学位置关系为目标光依次经过低分辨率大角度的快速反射镜M2、高分辨率小角度的快速反射镜 Ml反射，再透过分光镜M3到达CXD图象探测系统；信标激光器发射光依次透过分光镜M3、 低分辨率大角度的快速反射镜M2、高分辨率小角度的快速反射镜Ml反射到达目标，其中， M2、Ml的位置可以互换；信标激光器光轴与探测光轴相交于高分辨率小角度的快速反射镜 Ml中心点；分光镜M3用于将目标光和信标激光器发射光分开，实现信标激光高反射，目标光透过；其中，高分辨率小角度的快速反射镜Ml、低分辨率大角度的快速反射镜M2的控制系统分别包含功率驱动、控制板卡、高精度采集单元、驱动电源；高精度采集单元包括模拟电路预处理单元、A/D和D/A;(XD图象探测系统是提供光学位置偏差的系统，可以通过串口将位置偏差送给控制板卡；高分辨率小角度的快速反射镜Ml上安装有测角位置偏转的应变片， 经过高精度采集单元可以将应变片的变化量转为为数字量，通过串口送给控制板卡；利用位置偏差以及应变片的变化量就可以实现高分辨率小角度的快速反射镜Ml、低分辨率大角度的快速反射镜M2的控制；以及该跟踪系统具有下面2种控制方式之一控制方式1 高分辨率小角度的快速反射镜Ml直接利用CCD图象探测系统提供的位置偏差进行闭环，低分辨率大角度的快速反射镜M2闭环信号为位置偏差和高分辨率小角度的快速反射镜Ml的偏转角之和；控制方式2 低分辨率大角度的快速反射镜M2闭环信号为高分辨率小角度的快速反射镜Ml的偏转角。无论哪种控制方式应满足下面2个基本要求1)低分辨率大角度的快速反射镜M2的闭环角度分辨率应远小于高分辨率小角度的快速反射镜Ml最大偏转角；2)低分辨率大角度的快速反射镜M2的闭环带宽应不大于高分辨率小角度的快速反射镜Ml闭环误差抑制带宽；也就是利用一个位置探测器提供的位置信息实现2块共光路的快速反射镜闭环， 互不耦合偏转，达到了高精度大角度的跟踪功能。进一步的，所述的高分辨率小角度的快速反射镜Ml可以选择偏转范围为一个 几个角分，低分辨率大角度的快速反射镜M2的偏转范围可以为十几 几百角分。进一步的，所述的高分辨率小角度的快速反射镜Ml可以采用压电陶瓷驱动的快速反射镜，闭环精度小于Prad级；低分辨率大角度的快速反射镜M2可以采用音圈电机驱动的快速反射镜，闭环精度为几个 几十个μ rad级，同时低分辨率大角度的快速反射镜 M2的闭环带宽应远小于高分辨率小角度的快速反射镜Ml的闭环带宽。进一步的，所述的CXD图象探测系统可以是其他位置探测器位置敏感探测器 (PSD)或四象限位置探测器。本专利技术相对于现有技术的优点在于本专利技术可以实现大角度(M2的最大转角)高精度跟踪；方式1对位置偏差的跟踪精度为Ml、M2的误差抑制能力之积。方式2对位置偏差的跟踪精度就是Ml的误差抑制能力。附图说明图1为本专利技术光束装置光路示意图；图2为本专利技术光束装置控制结构图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式说明本专利技术，本领域的技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本专利技术的功效及优点。如图1所示，跟踪系统由高分辨率小角度的快速反射镜Ml、分光镜M3、CCD图象探测系统、低分辨率大角度的快速反射镜M2、信标激光器(Laser)组成，所有的部件都安装于同一平台上。其光学位置关系描述如下目标光依次经过快速反射镜M2、M1反射、透过分光镜M3到达CCD图象探测系统；信标激光器发射光依次透过分光镜M3、经过快速反射镜M2、 Ml反射到达目标，注意M2、M1的位置可以互换。信标激光器光轴(实线)与探测光轴(虚线)相交于快速反射镜Ml中心点。分光镜M3用于将目标光和信标激光器发射光分开，实现信标激光高反射，目标光透过。其中，CCD图象探测系统提供目标在CCD中的位置；高分辨率小角度的快速反射镜Ml 高带宽快速反射镜，其传递函数特性=G1 ；其控制器=C1 ；低分辨率大角度的快速反射镜M2 低带宽快速反射镜，其传递函数特性=G2 ；其控制器C2。快速反射镜M1、M2的控制系统分别包含功率驱动、控制板卡、高精度采集单元(模拟电路预处理单元、A/D、D/A)、驱动电源等。CCD图象探测系统是一种可以提供光学位置偏差的系统，可以通过串口将位置偏差送给控制板卡。快速反射镜Ml上安装有测角位置偏转的应变片，经过高精度采集系统可以将应变片的变化量转为为数字量，通过串口送给控制板卡。利用位置偏差以及应变片的变化量就可以实现快速反射镜Ml、M2的控制。要获取高精度大角度的跟踪功能其本质就是利用一个位置探测器提供的位置信息实现同一光路中的2块快速反射镜闭环，互不耦合偏转，有下面2个基本要求1)快速反射镜M2的闭环角度分辨率应远小于快速反射镜Ml最大偏转角；2)快速反射镜M2的闭环带宽应不大于快速反射镜Ml闭环误差抑制带宽。这2个要求表明M1可以选择偏转范围为一个 几个角分，M2的偏转范围可以为十几 几百角分。一般来说，Ml可以采用压电陶瓷驱动的快速反射镜，闭环精度小于μ rad 级；M2可以采用音圈电机驱动的快速反射镜，闭环精度为几个 几十个yrad级。同时M2 的闭环带宽应远小于Ml的闭环带宽。根据要求有下面2种控制方式方式1 :M1直接利用CXD提供的位置偏差进行闭环，M2闭环信号为位置偏差和Ml 的偏转角之和。方式2 与方案1的不同在于，M2闭环信号为Ml的偏转角。无论哪种方式都可以实现大角度(M2的最大转角)高精度跟踪。工作方式都是M2 跟随Ml动作，这样2块镜子之间就不会存在耦合。由图2可以得到方式1对目标抖动的控制效果是，权利要求1.一种大角度的快速反射镜跟踪系统，其特征在于该跟踪系统由高分辨率小角度的快速反射镜Ml、分光镜M3、CCD图象探测系统、低分辨率大角度的快速反射镜M2、信标激光器组成，所有的部件都安装于同一平台上，其光学位置关系为目标光依次经过低分辨率大角度的快速反射镜M2、高分辨率小角度的快速反射镜Ml反射，再透过分光镜M3到达CCD图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种大角度的快速反射镜跟踪系统，其特征在于：该跟踪系统由高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１、分光镜Ｍ３、ＣＣＤ图象探测系统、低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２、信标激光器组成，所有的部件都安装于同一平台上，其光学位置关系为：目标光依次经过低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２、高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１反射，再透过分光镜Ｍ３到达ＣＣＤ图象探测系统；信标激光器发射光依次透过分光镜Ｍ３、低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２、高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１反射到达目标，其中，Ｍ２、Ｍ１的位置可以互换；信标激光器光轴与探测光轴相交于高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１中心点；分光镜Ｍ３用于将目标光和信标激光器发射光分开，实现信标激光高反射，目标光透过；其中，高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１、低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２的控制系统分别包含功率驱动、控制板卡、高精度采集单元、驱动电源；高精度采集单元包括模拟电路预处理单元、Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ；ＣＣＤ图象探测系统是提供光学位置偏差的系统，可以通过串口将位置偏差送给控制板卡；高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１上安装有测角位置偏转的应变片，经过高精度采集单元可以将应变片的变化量转为为数字量，通过串口送给控制板卡；利用位置偏差以及应变片的变化量就可以实现高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１、低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２的控制；以及：该跟踪系统具有下面２种控制方式之一：控制方式１：高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１直接利用ＣＣＤ图象探测系统提供的位置偏差进行闭环，低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２闭环信号为位置偏差和高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１的偏转角之和；控制方式２：低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２闭环信号为高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１的偏转角；无论哪种控制方式应满足下面２个基本要求：１）低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２的闭环角度分辨率应远小于高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１最大偏转角；２）低分辨率大角度的快速反射镜Ｍ２的闭环带宽应不大于高分辨率小角度的快速反射镜Ｍ１闭环误差抑制带宽；也就是利用一个位置探测器提供的位置信息实现同一光路中的２块快速反射镜闭环，互不耦合偏转，达到了高精度大角度的跟踪功能。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，任戈，扈弘毅，黄永梅，傅承毓，包启亮，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90