[发明专利]大角度液晶光学相控阵粗精两级同步调控系统的设计方法

说明书

本发明提供一种大角度液晶光学相控阵粗精两级同步调控模块的设计方法。步骤为：首先，构建大角度粗调控子模块，利用级联式液晶偏振光栅实现大角度光束指向；其次，设计基于液晶空间光调制器的精调控子模块，利用分数阶控制器补偿粗调控模块的光束指向误差；然后，开发图像处理子模块，实现粗精两级闭环调控；最后，设计同步调控模块，利用局部变量和全局变量实现变量在各个子模块之间传输，同时采用平铺逻辑结构和列队机制进一步保证模块的同步运行。本发明构建的基于LabVIEW的液晶偏振光栅与液晶空间光调制器同步调控系统，能够有效改善系统的动态响应特性，增强系统的鲁棒性，实现大角度、高精度、强鲁棒、快速的光束指向。

技术领域

本发明属于液晶光电子器件领域，主要涉及一种大角度液晶光学相控阵粗精两级同步调控系统的设计方法。

背景技术

液晶光学相控阵作为激光相控阵雷达中光束扫描的核心器件，光束指向精度与稳定性越高，目标定位越精准；扫描速度越快，成像效率越高；扫描角度越大，探测范围越广；因此，光束指向精度、稳定性、扫描速度、扫描角度是影响雷达探测的关键，具有大角度、高精度、高稳定性、快扫描的激光雷达可以精准，高效定位目标，准确地反映出目标(如敌机或导弹)的方位，进而能够实施精准打击和防御。

随着激光相控阵雷达的不断发展，对液晶光学相控阵光束调控技术的要求也不断提高，然而，单一的液晶光学相控阵难以同时兼备所有技术需求。级联式液晶偏振光栅具有大角度光束离散指向的特点，因此称为光束“粗”调控模块；液晶空间光调制器具有高分辨率、连续偏转和可编程逻辑控制的特点，能够实现小角度范围内的高精度光束指向，因此，称其为光束“精”调控模块。利用级联式液晶偏振光栅与液晶空间光调制器构建同步调控系统，能够实现大角度、高精度、快速、稳定的光束指向。但是受制造工艺的限制，液晶偏振光栅的偏转角度与理论值间存在偏差，且级联的液晶偏振光栅越多，光束指向偏差越大。

目前，对于液晶空间光调制器光束设计方法，均采用开环标定的方式。此类方法仅能提高光束指向精度，但无法提升系统的响应速度和抑制干扰能力。更为重要的是，该类技术仅适用于小角度的光束调控，无法实现大角度的液晶光学相控阵同步调控。

发明内容

本发明为解决现有技术无法实现大角度液晶光学相控阵高精度光束指向的问题，提供一种大角度液晶光学相控阵粗精两级同步调控系统的设计方法，该方法通过LabVIEW软件构建基于液晶偏振光栅的粗调控子模块、基于液晶空间光调制器的精调控子模块、基于CCD相机的图像处理子模块和同步调控模块，设计精调控模块的分数阶控制器，利用液晶空间光调制器补偿液晶偏振光栅的大角度光束指向误差，实现大角度、高精度、强鲁棒、快速的光束指向。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：大角度液晶光学相控阵粗精两级同步调控系统的设计方法，其特征在于：包含粗调控子模块、精调控子模块、图像处理子模块和同步调控模块，所述的同步调控模块用于同步调控粗调控子模块、精调控子模块和图像处理子模块；

基于液晶偏振光栅的光束粗调控子模块的设计方法

首先，通过LabVIEW串口模块打开串口并配置串口参数；

其次，采用Matlab属性节点编译光束与电压转换函数，计算偏转角度对应的液晶偏振光栅电压；

然后，通过条件函数与事件触发函数设计级联式液晶偏振光栅的单点光束指向和循环扫描工作模式；

最后，利用单点发送按钮或循环发送按钮发送数据，将液晶偏振光栅工作电压通过串口发送至FPGA驱动板，通过停止发送按钮结束程序，并关闭串口；

基于液晶空间光调制器的精调控子模块的设计方法

首先，调用液晶空间光调制器的DLL文件，配置硬件参数，将线性电压查找LUT表加载到液晶空间光调制器中；

其次，设计分数阶PI^λD^μ控制器，并将其离散为差分方程；