用于稳定和单轴扫描的快速控制反射镜结构与性能

　　1　引　　言

　　快速控制反射镜在设计上要求能够控制光束在成像探测器上聚焦到2英寸,并以线性轨迹方式扫描。扫描轨迹由被称为三角形扫描运动的来回方式实现,实际运动轨迹是往返处为抛物连接的正负线性斜坡。斜坡部分最小可为往返运动时间的80%,结合处抛物线运动最大可占剩余的20%,必要时快速控制反射镜能够抑制机座干扰。并以跟踪目标的瞄准方式运行。

　　2　快速控制反射镜设计要求

　　贝尔通信系统分部已经成功研制并生产出性能指标优越的快速控制反射镜,表1给出了快速控制反射镜的结构要求,表2为快速控制反射镜的电子和机械参数及测量或经检定的性能。

　　3　快速控制反射镜设计方法

　　快速控制反射镜在机械结构上,由悬挂在弹性支撑上的椭圆形光学反射镜将入射光以直角反射,反射镜是尺寸为2.2×3.0in的抛光铍镜。弹性结构外形经优化处理,以便在提供刚性支撑时在反射镜表面产生旋转中心。为在功率和尺寸最小时获得必要的力,通过仿真分析模型得到驱动器结构和永久磁铁结构,这一过程减小了惯量和扫描器外形。基座结构刚度高和重量轻,以使弯曲模态最小,减轻同位置现象有关的位置传感器灵敏度。

　　伺服系统是快速控制反射镜设计中应重点考虑的内容。由于零位置误差的技术要求需要Ⅰ型伺服回路或单积分补偿,而低频的三种相位滞后将使系统不稳定,因此要求附加相位超前或补偿。系统采用了四种补偿技术的组合以达到期望的环路增益、高带宽、谐振抑制和绝对无条件稳定。采用内环非线性正反馈可使低频增益超过120dB,由于阻尼增加,其结果必然使质量-弹簧谐振减小10倍,而且正反馈的非线性消除了弹簧刚度随角位置增加而变大的非线性影响;通过相位储备的串联超前补偿得到了高带宽,相位超前来源于比例积分环节,另外一个超前-滞后环节在单位开环增益截止频率时使开环增益斜率下降为-20dB/10倍频,在截止频率以上,滞后补偿使开环增益下降到-40dB/10倍频,以抑制中、高频谐振(模态影响)。

　　4　结　论

　　系统带宽内有一不稳定模态或耦合的谐振-反谐振,这由一正向通路、低通、低耗的带通抑制滤波器稳定,其陷波频率与问题频率相同。由于通过反射镜位置传感器耦合的结构模态具有能控性和能观性,所以可以达到稳定,滤波器的滞后部分用于进一步抑制另外的更高频的模态。

　　参考文献

　　1　L. M. Gemann, A. Gupta. Inertial line of sight　stabilization using fine steering mirror,Star Trackers　and Accelerometers, American Astronautical Society　Guidance and Control Conference.1988,66.