[发明专利]一种基于FPGA的光束指向控制系统及其构建方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的光束指向控制系统，包括依次位于光束出射光路上的倾斜镜FSM1、倾斜镜FSM2、聚透镜、光束分束器及靶面，其特征在于，该系统还包括四象限探测器QD、核心处理模块、扰动模块和运动控制模块，上述三个模块基于FPGA实现；

当系统处于测试阶段：

所述扰动模块，根据光束质心位于靶面中心时倾斜镜角度偏移量生成模拟不同已知噪声的扰动信号；

所述运动控制模块，根据所述扰动信号或调节量控制倾斜镜FSM2的角度偏移量变化；

所述四象限探测器，用于采集经光束分束器后分光光束的光斑，并将采集的光斑数据传输给核心处理模块；

所述核心处理模块，根据光斑能量分布计算出的光束角度实际偏移量、扰动信号所造成的干扰偏移量，利用PID调节关系生成使光束达到理想偏移角的倾斜镜FSM2调节量，并优化PID调节关系；

当系统处于工作阶段：

所述四象限探测器用于采集经光束分束器后分光光束的光斑，并将采集的光斑数据传输给核心处理模块；

所述核心处理模块，根据所述光斑质心变化判断未知噪声的类型，选择对应的PID调节关系，然后根据光斑能量分布计算出的光束角度实际偏移量，计算倾斜镜FSM2的调节量；

所述运动控制模块，根据倾斜镜FSM2的调节量控制倾斜镜FSM2的角度偏移量变化，使靶面上的光斑质心位于设定位置。

2.根据权利要求1所述基于FPGA的光束指向控制系统，其特征在于，当模拟高斯噪声时，所述扰动信号为：概率密度函数其中θ₁表示初始倾斜镜FSM1的角度偏移量，μ表示设定的角度偏移量θ₁的期望，σ表示设定的角度偏移量θ₁的标准差；当模拟线性噪声时，所述扰动信号为线性变化规律y(θ)＝aθ₁，其中θ₁表示初始倾斜镜FSM1的角度偏移量，a为设定的θ₁的线性漂移量的系数。

3.根据权利要求1所述基于FPGA的光束指向控制系统，其特征在于，在测试阶段，核心处理模块具体工作过程为：

首先，将预设的光束理想偏移角干扰偏移角及光束角度实际偏移角作为核心处理模块中PID调节器的输入，PID调节器根据光束角度偏差值输出倾斜镜FSM2的调节量，其中所述PID调节器中设有倾斜镜FSM2倾斜角与光束角度偏差值之间的PID调节关系；

其次，将倾斜镜FSM2的调节量和QD再次检测到的光束实际偏移角作为核心处理模块中估计器的输入，估计器估计出倾斜镜FSM2的倾斜角与光束角度偏差值的关系，更新PID调节器的调节关系；

通过不断更新迭代PID调节器的调节关系，使得运动控制模块根据调节量控制倾斜镜FSM2的角度偏移量变化，光束指向最终达到理想偏移角。

4.根据权利要求1所述基于FPGA的光束指向控制系统，其特征在于，在工作阶段，核心处理模块进一步通过QD采集的光斑信息判断光斑的质心是否在设定位置，如果没有，通过不断对FSM2的角度偏移量进行微调，直到光束质心回到设定位置，同时优化PID调节器的调节关系。