基于液晶相控陣的光束定向跟瞄技術研究.pdf

1、捕獲、跟蹤、瞄準技術被廣泛應用在激光通信、激光雷達、激光定向等領域，然而傳統(tǒng)的光束跟蹤瞄準技術需要依賴復雜的機械傳動裝置實現(xiàn)，存在著結構復雜、體積龐大、能耗高等缺點，而光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）技術能夠快速、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，光學相控陣技術已經(jīng)成為光束控制領域的研究熱點，并應用于光束整形、光鑷、光束偏轉等領域。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對光束跟蹤定向

2、技術進行了回顧，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，重點分析了液晶相控陣技術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技術。從波動光學出發(fā)，對液晶相控陣光束偏轉進行了理論分析，以此為基礎分析了電場邊緣效應以及填充比對液晶相控陣光束偏轉特性的影響。結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。開展了基于多孔干涉原理以及基于模式法光束偏轉的實驗研究，國內(nèi)首次將優(yōu)化式自適應光學用于光束偏轉。⑶以液晶光束偏轉技術為基礎，建立了液晶相控陣光束定向跟瞄的系統(tǒng)。首先設計了跟瞄系統(tǒng)結構，結合控制理論，確立了跟瞄系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。結合實驗系統(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。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算法，在靜態(tài)條件下，結合目標特性，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)能夠實現(xiàn)±22mrad視場內(nèi)、角速度2.78mrad/