干涉光谱仪多速度模式扫描技术研究

来源 :中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) | 被引量 : 7次 | 上传用户:jy02324491
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干涉光谱仪是一种重要的红外遥感仪器,可以获得高灵敏度、高光谱分辨率及多通道的大气辐射光谱,反演出有关大气温度、湿度的垂直分布情况。高精度动镜运动控制技术是干涉光谱仪的核心技术之一,动镜的速度均匀性对仪器性能有直接影响。针对不同平台的应用,干涉光谱仪的动镜需要在不同的速度模式下进行扫描工作。本文全面阐述了干涉光谱仪动镜多速度模式驱动系统的指标确定、方案设计、系统实现及性能测试结果,设计完成了一套动镜多速度模式的通用控制系统。论文首先调研了国内外一些典型空间用干涉光谱仪的动镜运动系统,对其机械结构、控制方法、运动模式和测量装置等进行总结分析,证实了在相同光学和机械结构下实现动镜多速度模式扫描是可行的。论文接着分析了动镜运动的行程大小、速度值、速度均匀性等等参数对干涉光谱仪性能的影响,并讨论了动镜扫描速度提高和降低后对仪器性能造成的可能影响。在调研及分析的基础上,确定了动镜运动控制系统的技术要求和总体方案。论文介绍了速度测量、运动控制、电机驱动等模块的设计,重点分析研究了动镜运动控制算法问题。论文根据自动控制的相关理论和技术,提出了以积分分离PID为核心,结合模糊控制和前馈控制的复合控制算法。论文分别阐述了动镜运动执行机构、参考激光干涉系统、运动控制模块、动镜驱动模块等系统硬件的实现方法,以及控制算法和上位机软件的实现方法。论文研究结果表明,本课题所制定的动镜多速度模式扫描技术是可行的。控制系统可对动镜运动全程实时监测并控制,可以实现不同速度模式之间的切换,速度均匀性较好,具有较强的鲁棒性。论文进一步分析了造成速度波动的原因,并讨论了减小干扰的方法。本课题的研究结果为干涉光谱仪的研制奠定了良好的理论和技术基础。
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