用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法
2024-01-20 19:23:15
用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，包括以下步驟：由平行光管產生可在光電經緯儀成像傳感器上成像的目標，使平行光管的目標能夠在光電經緯儀上清晰成像；使旋轉臂按照設定速度和幅度帶動平行光管擺動，產生光學Chirp信號；由主控計算機完成對光電經緯儀頻譜曲線的計算處理。本發明提出的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，可以為光電經緯儀伺服系統頻譜曲線測試提供輸入信號，在此基礎上利用相應算法和手段即可完成光電經緯儀伺服系統頻譜曲線的測試，對光電經緯儀跟蹤性能的室內評價具有重要意義。
【專利說明】用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電測量設備精密檢測領域，特別涉及一種用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法。
【背景技術】
[0002]光電經緯儀伺服系統的跟蹤性能是光電經緯儀動態性能的ー項重要指標，是光電經緯儀出廠時必須檢測的指標。目前，光電經緯儀伺服系統動態性能室內檢測方法主要有光學動態靶標檢測、等效正弦引導檢測兩種方法。這兩種方法都是在時域內對跟蹤性能進行測試，只能反映設備特定速度、加速度值時的性能指標，無法對光電經緯儀的整體跟蹤性能做出評價。
[0003]為解決這個問題，提出通過測試光電經緯儀頻譜特性曲線，進而利用頻譜曲線中幅頻曲線部分間接地完成對光電經緯儀整體跟蹤性能評價。該評價方法的理論基礎是光電經緯儀伺服控制系統是ー個單輸入單輸出的線性系統，根據經典控制理論，微分方程、傳遞函數、頻率特性均可表徵系統的運動規律。為了測試光電經緯儀的頻譜特性，其方法是利用設備產生動態目標作為輸入信號，光電經緯儀跟蹤目標並將跟蹤誤差作為輸出，利用頻譜曲線處理方法進行數據處理得到光電經緯儀頻譜曲線。為了準確測得曲線，要求輸入信號能夠充分激勵光電經緯儀伺服系統的所有模態或特徵。從譜分析的角度，也就意味著輸入信號的頻譜必須足可以覆蓋系統的頻譜。
[0004]為完成對光電經緯儀頻譜曲線的測試，算法處理需要的數據樣本包括準確可測的輸入、輸出數據。光電經緯儀輸入信號必須為光信號，保證能夠在成像傳感器上成像。輸出信號為光電測量設備伺服控制系統跟蹤誤差。
[0005]為解決這個問題，提出採用連續線性調頻模型，也即Chirp信號模型產生輸入信號。並且在現有檢測設備——動態靶標上產生了 Chirp信號，又利用多個型號的光電經緯儀進行了跟蹤試驗。但是由於動態靶標空間模型關係，導致產生的Chirp信號模型是一系列信號的諧波疊加模式，光電經緯儀輸出信號同樣為諧波信號疊加模式。目前，由於缺少有效的分離Chirp信號諧波方法，導致無法準確獲得光電經緯儀伺服系統頻譜曲線。
【發明內容】
[0006]本發明要解決現有技術中無法完成光電經緯儀頻譜曲線的測試的技術問題，提供ー種能夠產生符合頻譜測試要求的，用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下:
[0008]一種用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，包括以下步驟:
[0009]步驟一，由平行光管產生可在光電經緯儀成像傳感器上成像的目標，使平行光管的目標能夠在光電經緯儀上清晰成像；
[0010]步驟ニ，通過時統終端在光學Chirp信號生成裝置和光電經緯儀之間建立統ー時間基準；
[0011]建立主控計算機和光電經緯儀之間的串行通訊，利用主控計算機設置光學Chirp信號的幅值、信號包絡、線性調頻斜率參數，然後通過RS422串ロ通訊將參數給伺服控制器；
[0012]伺服控制器進行控制處理後產生PWM信號送至伺服驅動器；
[0013]伺服驅動器驅動カ矩電機轉動，使旋轉臂繞精密軸系擺動；
[0014]24位絕對式光電編碼器完成對旋轉臂的角位置和角速度的精密測量；
[0015]根據被檢測光電經緯儀的性能指標，按照光學Chirp信號生成公式計算光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，使生成的光學Chirp信號能夠覆蓋被檢測光電經緯儀工作角速度範圍；
[0016]通過在主控計算機光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，並啟動設備工作；
[0017]使旋轉臂按照設定速度和幅度帶動平行光管擺動，產生光學Chirp信號；
[0018]步驟三，光電經緯儀跟蹤光學Chirp信號，並將跟蹤誤差信息通過串行通訊接ロ發送至主控計算機，由主控計算機完成對光電經緯儀頻譜曲線的計算處理。
[0019]在上述技術方案中，所述平行光管產生的光譜範圍能夠覆蓋可見至長波紅外波段。
[0020]在上述技術方案中，所述平行光管為溴鎢燈。
[0021]在上述技術方案中，所述平行光管的目標板為星點孔、十字絲或分劃板。
[0022]在上述技術方案中，步驟ニ中，被檢測光電經緯儀的性能指標包括:保精度工作角速度範圍、跟蹤精度，以及最高角速度、角加速度。
[0023]本發明具有以下的有益效果:
[0024]本發明提出的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，可以為光電經緯儀伺服系統頻譜曲線測試提供輸入信號，在此基礎上利用相應算法和手段即可完成光電經緯儀伺服系統頻譜曲線的測試，對光電經緯儀跟蹤性能的室內評價具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進ー步詳細說明。
[0026]圖1是本發明方法中配備的光學Chirp信號生成裝置結構示意圖。
[0027]圖2是本發明方法中生成的光學Chirp信號運動軌跡示意圖。
[0028]圖中的附圖標記表示為:
[0029]1-平行光管、2-可升降支撐架、3-旋轉臂、4-平臺臺面、5-24位絕對式光電編碼器、6-カ矩電機、7-導電環、8-精密軸系、9-光電經緯儀、10-供電通訊電纜、11-控制機櫃、12-主控計算機、13-伺服控制器、14-時統終端、15-伺服驅動器、16-直流穩壓電源。
【具體實施方式】[0030]為了完成對光電經緯儀伺服系統頻譜特性曲線測試，本發明提出一種新的光學Chirp信號生成方法，將生成的光學Chirp信號作為頻譜特性曲線測試的輸入信號。
[0031 ] 下面結合附圖對本發明做以詳細說明。
[0032]本發明的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，包括以下步驟:
[0033]步驟一，配備ー套光學Chirp信號生成裝置，如圖1所示。包括平行光管1、可升降支撐架2、旋轉臂3、平臺臺面4、24位絕對式光電編碼器5、力矩電機6、導電環7、精密軸系
8、供電通訊電纜10、控制機櫃11、主控計算機12、伺服控制器13、時統終端14、伺服驅動器
15、直流穩壓電源16。平行光管I用於產生可以在光電經緯儀成像傳感器上成像的目標。平行光管I光源採用溴鎢燈，產生的光譜範圍能夠覆蓋可見至長波紅外波段。平行光管I的目標板可以選用星點孔、十字絲、分劃板等。可升降支撐架2用於固定平行光管I。根據光電經緯儀9的高度不同，可以調節可升降支撐架2的高度和方向，保證平行光管I的目標能夠在光電經緯儀9上清晰成像。
[0034]步驟二，將被測的光電經緯儀9固定在平臺臺面4上。通過時統終端14，在光學Chirp信號生成裝置和光電經緯儀9之間建立統ー時間基準。並通過主控計算機12和光電經緯儀9之間建立串行通訊。利用主控計算機12中的主控軟體，設置光學Chirp信號的幅值、信號包絡、線性調頻斜率參 數，然後通過RS422串ロ通訊將參數給伺服控制器13。伺服控制器13進行控制處理後產生PWM信號送至伺服驅動器15。伺服驅動器15驅動カ矩電機6轉動，使旋轉臂3繞精密軸系8擺動。24位絕對式光電編碼器5完成對旋轉臂3的角位置和角速度的精密測量。根據被檢測光電經緯儀的保精度工作角速度範圍、跟蹤精度，以及最高角速度、角加速度等性能指標，按照光學Chirp信號生成公式計算光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，使生成的光學Chirp信號能夠覆蓋被檢測光電經緯儀工作角速度範圍。通過在主控計算機12光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，並啟動設備工作。使旋轉臂3按照設定速度和幅度帶動平行光管I擺動，即可產生光學Chirp信號。
[0035]步驟三，光電經緯儀9跟蹤光學Chirp信號，並將跟蹤誤差信息通過串行通訊接ロ發送至主控計算機12。主控計算機12中的主控軟體完成對光電經緯儀頻譜曲線的計算處理。
[0036]工作原理說明:
[0037]選擇Chirp信號作為光電經緯儀9頻譜曲線測試的輸入信號，是因為Chirp信號的頻譜能夠充分覆蓋光電經緯儀伺服系統的頻譜。這是光電經緯儀伺服系統頻譜能夠測試的首要條件。
[0038]光學Chirp信號生成裝置的信號產生原理是旋轉臂3在主控計算機12的控制下，繞精密軸系8擺動，帶動平行光管I擺動產生Chirp信號。平行光管擺動公式在時域上可以公式⑴描述。
[0039]s (t) =Asin (( a +t) t), 0 く t く T (I)
[0040]其中a為信號包絡，^為信號線性調頻斜率，A為信號的幅度值，T為信號持續時間。例如當a =0.2513，(6=0.0013，A=I時，光學Chirp信號生成裝置目標運動軌跡如圖2所示。利用該運動軌跡作為輸入信號，光電經緯儀的跟蹤誤差作為輸出信號。輸出信號的類型、信號包絡、線性調頻斜率與輸入信號類似，只有幅值不同。
[0041]本發明的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法的上述【具體實施方式】中:
[0042]平行光管I採用卡塞格林結構，口徑O 100mm，焦距1000mm，光源採用溴鎢燈，光譜波段覆蓋可見光0.4 ii m?0.8 ii m、中波紅外3 y m?5 y m、長波紅外8 y m?12 y m ;可升降支撐架2、旋轉臂3、平臺臺面4等結構體由長春奧普光電公司定製；24位絕對式光電編碼器5採用長春光機所研製的絕對式光電編碼器，精度I"，解析度0.077";力矩電機6採用成都精密電機廠產品；導電環7採用杭州全盛公司導電環產品；精密軸系8由長春奧普光電公司定製；主控計算機12主要包括包含帶有PCI插槽的エ控機、顯示器、輸入設備、串行通訊卡等，串行通訊卡採用研華公司的CP-134U四串ロ採集卡。光學Chirp信號生成裝置的幅度、信號包絡和線性調頻率等參數，根據光電經緯儀伺服系統性能指標選擇，通過主控計算機12設置完成。
[0043]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一，由平行光管產生可在光電經緯儀成像傳感器上成像的目標，使平行光管的目標能夠在光電經緯儀上清晰成像； 步驟ニ，通過時統終端在光學Chirp信號生成裝置和光電經緯儀之間建立統ー時間基準； 建立主控計算機和光電經緯儀之間的串行通訊，利用主控計算機設置光學Chirp信號的幅值、信號包絡、線性調頻斜率參數，然後通過RS422串ロ通訊將參數給伺服控制器； 伺服控制器進行控制處理後產生PWM信號送至伺服驅動器； 伺服驅動器驅動カ矩電機轉動，使旋轉臂繞精密軸系擺動； 24位絕對式光電編碼器完成對旋轉臂的角位置和角速度的精密測量； 根據被檢測光電經緯儀的性能指標，按照光學Chirp信號生成公式計算光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，使生成的光學Chirp信號能夠覆蓋被檢測光電經緯儀工作角速度範圍； 通過在主控計算機光學Chirp信號的信號包絡、線性調頻斜率和幅度值，並啟動設備工作； 使旋轉臂按照設定速度和幅度帶動平行光管擺動，產生光學Chirp信號； 步驟三，光電經緯儀跟蹤光學Chirp信號，並將跟蹤誤差信息通過串行通訊接ロ發送至主控計算機，由主控計算機完成對光電經緯儀頻譜曲線的計算處理。
2.根據權利要求1所述的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，其特徵在於，所述平行光管產生的光譜範圍能夠覆蓋可見至長波紅外波段。
3.根據權利要求2所述的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，其特徵在於，所述平行光管為溴鎢燈。
4.根據權利要求1所述的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，其特徵在於，所述平行光管的目標板為星點孔、十字絲或分劃板。
5.根據權利要求1-4中的任意一項所述的用於光學伺服系統頻譜曲線測試的光學Chirp信號生成方法，其特徵在於，步驟ニ中，被檢測光電經緯儀的性能指標包括:保精度工作角速度範圍、跟蹤精度，以及最高角速度、角加速度。
【文檔編號】G01C25/00GK103591967SQ201310516068
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】張寧, 沈湘衡, 宋 瑩, 姬琪 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所