基于信标光检测的倾斜校正系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于信标光检测的倾斜校正系统，用于消除望远镜的跟踪误差，提高图像稳定精度，具体涉及到望远镜、快速倾斜镜、信标光源、CCD图像传感器、PSD、分光镜。从望远镜镜筒上引入信标光源，通过望远镜中库德光路，信标光经过反射、投射到PSD传感器。将CCD图像传感器提供的观测目标的位置信息作为快速倾斜镜闭环输入，PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制量，引入到快速倾斜镜中，这样就实现了该校正系统。本发明专利技术工程实现容易，具有很好的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及望远镜控制领域，具体的涉及一种信标光检测的倾斜校正系统，主要用于消除跟踪望远镜跟踪误差，提高图像稳定精度。
技术介绍
望远镜通常采用了基于快速倾斜校正的复合轴控制系统，进一步消除望远镜跟踪误差，提高图像的观测清晰度。影响倾斜校正系统性能最主要的原因是CCD探测系统的帧频低，使得倾斜校正的控制带宽不够，无法消除较高频率的扰动(比如风力矩、轴系晃动等)。采用高帧频的CCD探测系统尽管增加了控制带宽，但是降低了图像探测、识别能力；其次，为了使倾斜校正系统稳定可靠工作，一般会采用多个CCD探测系统放置在同一光路中，这会使得校正系统复杂。
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，提出一种基于信标光检测的倾斜镜校正系统。本专利技术基于信标光检测的倾斜校正系统解决上述技术问题的技术方案为所述倾斜校正系统包含了信标光源、PSD传感器、(XD图像传感器、分光镜、倾斜镜、望远镜库德光路以及倾斜校正及控制单元，其中分光镜、倾斜镜的反射面相对且相互平行放置；PSD传感器位于分光镜之后；(XD图像传感器放置在倾斜镜之后；信标光源安装在望远镜库德光路中的望远镜镜筒上，信标光源随着望远镜库德光路中的望远镜转动；信标光源发出信标光经过望远镜库德光路后，透过分光镜，到达PSD传感器；目标光经过望远镜库德光路后，由分光镜、倾斜镜，反射到达CXD图像传感器；倾斜校正及控制单元包含了位置控制器和前馈控制器，利用CXD图像传感器提供的观测目标的位置信息作为位置控制器的控制信息，并且将PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制器的控制信息；位置控制器的输出与前馈控制器的输出之和送至到倾斜镜，就实现对倾斜镜闭环实时校正。优选实施例PSD传感器是CXD图像传感器，或者是四象限传感器。优选实施例信标光源的发出的信标光不经过倾斜镜，因此倾斜镜的运动不会影响PSD传感器对信标光的探测。优选实施例对倾斜镜进行控制，其中跟踪输入信号作为CXD图像传感器的输入，生成位置偏差信号，并作为位置控制器的输入；跟踪输入信号经过PSD传感器，生成信标光的位置信息，并作为前馈控制器的输A ；加法器用于对前馈控制器和位置控制器输出的目标的位置信息求和，得到控制信号；利用得到的控制信号实现对倾斜镜闭环实时校正。本专利技术相对于现有技术的优点有采用基于信标光检测的倾斜校正方法，实现对望远镜的风力矩、轴系晃动的消除，提闻了探测精度和成像质量。本专利技术解决了现有技术采用高帧频的CCD图像传感器增加了控制带宽，但是降低了图像探测、识别能力；其次，为了使倾斜校正系统稳定可靠工作采用多个CCD探测系统放置在同一光路中，使得校正系统复杂的问题。本专利技术简单，稳定可靠，工程实现容易。附图说明图1为本专利技术光路示意图；图2为倾斜校正及控制单元结构图；部件标号说明主镜P、次镜M、第一中继镜Ml、第二中继镜M2、第三中继镜M3、 分光镜M4、PSD传感器、 倾斜镜M5.跟踪信号输入R、跟踪信号 输出Y。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，倾斜校正系统包含了所述倾斜校正系统包含了信标光源L、目标光12、PSD传感器、CCD图像传感器、分光镜M4、倾斜镜M5、望远镜库德光路以及倾斜校正及控制单元，其中分光镜M4、倾斜镜M5的反射面相对且相互平行放置；PSD传感器位于分光镜M4之后；CCD图像传感器放置在倾斜镜M5之后；信标光源L安装在望远镜库德光路中的望远镜M镜筒上，信标光源L随着望远镜库德光路中的望远镜M转动；信标光源L发出信标光11经过望远镜库德光路后，透过分光镜M4，到达PSD传感器；目标光12经过望远镜库德光路后，由分光镜M、倾斜镜M5，反射到达CCD图像传感器；倾斜校正及控制单元包含了位置控制器和前馈控制器，利用CXD图像传感器提供的观测目标的位置信息作为位置控制器的控制信息，并且将PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制器的控制信息；位置控制器的输出与前馈控制器的输出之和送至到倾斜镜，就实现对倾斜镜闭环实时校正。实施例1 :望远镜库德光路包括主镜P、次镜M、第一中继镜Ml、第二中继镜M2、第三中继镜M3，其中，分光镜M4、倾斜镜M5的反射面相对且相互平行放置；PSD传感器位于分光镜M4之后；(XD图像传感器放置在倾斜镜M5之后；信标光源L安装在望远镜的镜筒上，信标光源L随着望远镜镜筒转动；信标光源L发出信标光11经过望远镜库德光路中主镜P、次镜M、中继镜M1、M2以及透过分光镜M3后，透过分光镜M4，到达PSD传感器；目标光12路经过望远镜库德光路后中主镜P、次镜M、中继镜M1、M2以及透过分光镜M3、由分光镜M4、倾斜镜M5，反射到达CXD图像传感器。进一步的，信标光源L固定在望远镜镜筒上，随着望远镜镜筒一起转动。信标光11通过望远镜库德光路经过分光镜M4直接进入到PSD传感器，倾斜镜M5、(XD图像传感器依次放在分光镜M4后续光路中。信标光不经过倾斜镜M5，因此倾斜镜M5的运动不会影响PSD传感器对信标光的探测。进一步的，前馈控制器是前馈控制信号首先经过低通滤波器，然后乘以一个常数实现的。信标光源L固定在望远镜的镜筒上，信标光源L随着望远镜的镜筒一起转动。对倾斜镜进行控制，其中跟踪输入信号R作为CXD图像传感器的输入，生成位置偏差信号，并作为位置控制器C(S)的输入；跟踪输入信号R经过PSD传感器，生成信标光11的位置信息，并作为前馈控制器的传递函数Gff(S)的输入；加法器用于对前馈控制器的传递函数Gff(S)和位置控制器的传递函数C(S)输出的目标的位置信息求和，得到控制信号；利用得到的控制信号实现对倾斜镜M5闭环实时校正。主镜P与次镜M的反射面相对放置，第一中继镜Ml位于主镜P和次镜M之间，且第一中继镜Ml与次镜M的反射面相对放置,主镜P接收信标光源L发出的信标光11。第二中继镜M2与第一中继镜Ml的反射面相对且相互平行放置，分光镜M4和第三中继镜M3反射面分别与入射光束呈45角度放置。倾斜镜M5与分光镜M4反射面相对且相互平行放置。PSD传感器接收端位于分光镜M4透射面后，接收信标光11转换成信标光的位置信息作为前馈控制信号；分光镜M4与倾斜镜M5反射面相对且相互平行放置，CXD图像传感器的靶面位于倾斜镜M5的反射面上，CCD图像传感器接收并将目标信号12转换成观测目标的位置信息作为位置控制信号；图2是图1所描述的倾斜校正系统的控制结构图，它包含了位置闭环以及前馈，具体的实现为(XD图像传感器提供的观测目标R的位置信息作为位置控制器的输入，PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制器的输入；加法器对位置控制器的输出与前馈控制器的输出相加并产生控制器，送至到倾斜镜M5，实现对倾斜镜M5闭环实时校正。现在的问题就是如何设计位置控制器的传递函数C(S)，以及前馈控制器的传递函数Gff(S)，具体如下反馈回路的设计已经是非常成熟的方法。位置控制器C(S)的传递函数可以采用比率+积分(PI)类型的位置控制器，而前馈控制器的传递函数Gff(S)为一比例常数。值得注意的是对扰动前馈信号必须经过低通滤波处理后，乘一个常数Ktl引入到位置反馈的输入点。倾斜镜M5的传递函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于信标光检测的倾斜校正系统，其特征在于：所述倾斜校正系统包含了信标光源、PSD传感器、CCD图像传感器、分光镜、倾斜镜、望远镜库德光路以及倾斜校正及控制单元，其中分光镜、倾斜镜的反射面相对且相互平行放置；PSD传感器位于分光镜之后；CCD图像传感器放置在倾斜镜之后；信标光源安装在望远镜库德光路中的望远镜镜筒上，信标光源随着望远镜库德光路中的望远镜转动；信标光源发出信标光经过望远镜库德光路后，透过分光镜，到达PSD传感器；目标光经过望远镜库德光路后，由分光镜、倾斜镜，反射到达CCD图像传感器；倾斜校正及控制单元包含了位置控制器和前馈控制器，利用CCD图像传感器提供的观测目标的位置信息作为位置控制器的控制信息，并且将PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制器的控制信息；位置控制器的输出与前馈控制器的输出之和送至到倾斜镜，就实现对倾斜镜闭环实时校正。

【技术特征摘要】
1.基于信标光检测的倾斜校正系统，其特征在于所述倾斜校正系统包含了信标光源、PSD传感器、CCD图像传感器、分光镜、倾斜镜、望远镜库德光路以及倾斜校正及控制单元，其中 分光镜、倾斜镜的反射面相对且相互平行放置；PSD传感器位于分光镜之后；(XD图像传感器放置在倾斜镜之后；信标光源安装在望远镜库德光路中的望远镜镜筒上，信标光源随着望远镜库德光路中的望远镜转动；信标光源发出信标光经过望远镜库德光路后，透过分光镜，到达PSD传感器；目标光经过望远镜库德光路后，由分光镜、倾斜镜，反射到达CXD图像传感器； 倾斜校正及控制单元包含了位置控制器和前馈控制器，利用CXD图像传感器提供的观测目标的位置信息作为位置控制器的控制信息，并且将PSD传感器提供信标光的位置信息作为前馈控制器的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，钟代军，刘儒贞，包启亮，任戈，
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：