[實用新型]基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統

有效

• 申請號: 201821718260.2
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN208903052U
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 牛啟鳳;王春陽;史紅偉;李蘭婷
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統，涉及液晶光學相控陣領域，目的在于提供一種基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統，提高了現有激光雷達系統的光束指向精度，包括分數階PID控制器、擴束準直系統、發射系統、縮束擴角系統和接收系統；接收系統包括CCD探測器、雙膠合透鏡、濾光片和折反式系統；發射系統包括四分之一波片、偏振片和液晶光學相控陣；縮束擴角系統包括第一透鏡和第二透鏡；本新型的光束偏轉閉環控制系統以液晶相控陣為被控對象，采用分數階PID控制器，通過選擇適當的控制器參數，可以更好的調節控制系統的動態特性，提高光束指向精度，同時提高系統的跟蹤帶寬和響應速度。

技術領域

本實用新型涉及液晶光學相控陣領域，具體涉及一種基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統。

背景技術

液晶光學相控陣技術是一種無慣性、快速的電控光束掃描控制技術，通過對液晶光學相控陣各陣元施加不同的電壓，使每個陣元產生不同的相位延遲，進而改變入射光波的波前相位，經過波束合成后改變入射光波的傳播方向，實現光束偏轉。與傳統機械光束控制技術相比，液晶光學相控陣具有體積小、重量輕、速度快、功耗低、無機械慣量等優點，除應用在激光雷達領域以外，在激光通信、光信息處理、自適應光學、生物醫學成像等領域也具有廣泛的應用前景。但由于液晶光學相控陣制造工藝難度大，導致液晶盒厚度不均勻，液晶電極寬度與理想值存在偏差；且電極受溫度影響，產生熱脹冷縮的現象，電極寬度隨之變化，致使實際光束指向與預期存在一定誤差。

指向精度的高低是衡量一個成像激光雷達系統性能好壞的重要參數。為了達到更好的成像質量，成像激光雷達系統需要高精度的指向。在基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環系統中，采用經典PI閉環控制算法的系統穩定性雖好，但系統跟蹤帶寬很低，光束指向精度還有進一步提高的空間。本實用新型則是一種提高光束指向精度的光束偏轉閉環控制系統。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統，提高了現有激光雷達系統的光束指向精度。

基于液晶光學相控陣的激光雷達光束偏轉閉環控制系統，包括分數階PID控制器、擴束準直系統、發射系統、縮束擴角系統和接收系統；

所述接收系統包括CCD探測器、雙膠合透鏡、濾光片和折反式系統；

所述發射系統包括四分之一波片、偏振片和液晶光學相控陣；

所述縮束擴角系統包括第一透鏡和第二透鏡；

激光器發出偏振光經擴束準直系統后由1/4波片變成圓偏振光，再經偏振片產生與液晶光學相控陣光軸方向相同的線偏振光，所述線偏振光進入到液晶光學相控陣實現相位調制，經相位調制后的線偏振光經縮束擴角系統后在待測物體上發生漫反射；

接收系統接收所述待測物體漫反射的光信號，所述折反式系統將回波激光反射至濾光片，經濾光片濾除背景雜光后由雙膠合透鏡將回波激光匯聚到CCD探測器的感光面上；根據激光光斑位置與CCD探測器中心的差值；采用斜射式三角測量法獲得實際光束偏轉角；將實際光束偏轉角與設定的光束偏轉角的誤差傳送到分數階PID控制器，通過分數階PID控制器控制液晶光學相控陣驅動電路給液晶光學相控陣輸入適當的電壓，使液晶光學相控陣產生相應的相位調制，實現出射光束的精確偏轉。

本實用新型的有益效果

一、本實用新型所設計的光束閉環控制系統以液晶相控陣為被控對象，采用分數階PID控制器，通過選擇適當的控制器參數，可以更好的調節控制系統的動態特性，提高光束指向精度，同時提高系統的跟蹤帶寬和響應速度。

二、本實用新型所設計的擴束準直光路，由正光焦度的物鏡和負光焦度的目鏡組成，整個光學系統軸向尺寸較小、結構緊湊，且負目鏡能夠對正物鏡進行像差補償，簡化了系統結構，減少了反射面的光能量損失。