光电跟踪技术
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇光电跟踪技术范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
光电跟踪技术范文第1篇
[关键词] 单片机 光伏发电 最大功率点跟踪
1.光伏电池特性
光伏电池输出功率的函数为：
式中：I、Isc、Io分别为光伏电池输出电流、光伏电池短路电流和光伏电池反向饱和电流，Isc由日照强度决定；q为电荷常数；A为光伏电池中半导体器件的pn结系数；K为Blotzman常数；T为绝对温度；U为光伏电池输出电压。
太阳光照射到电池上时，电池的电压与电流的关系（即伏安特性）可以简单用图1来表示，图中：Voc为开路电压；Isc为短路电流；Vmp为最佳工作电压；Imp为最佳工作电流。
图1太阳电池伏安特性曲线
2.光伏路灯控制系统组成及功能
本控制系统由太阳能电池板、蓄电池、路灯和系统控制器四大部分组成。其结构如图2所示。系统控制器不仅要实现普通光伏路灯的基本功能，如：路灯定时；蓄电池充放电的管理；蓄电池的过充、过放保护；太阳能电池反接保护等，还要实现太阳能最大功率点跟踪的功能。
图2 光伏路灯控制系统框图
系统适应了机动车和非机动车道照明的不同，具备了双路路灯控制，即主灯为机动车道照明，副灯为非机动车道照明。两路控制互相独立，可根据需要分别进行定时。
3.主要功能单元及原理
3.1 主控单元
本系统选用的主控器件为美国Silicon Labs公司的C8051F330型8位单片机。该单片机具有双路独立8/16位PWM输出功能；10位A/D；8K FLASH和768 Bytes的内部数据RAM；内部高频晶振频率最高可达24.5 MHz；还有17个标准I/O口，是一款性价比很高的单片机。
图3 单片机接口电路图
图3中，S1为8位平拨式拨码开关，用来设定主、副路灯定时时间。因为主、副灯定时各占用4位拨码开关，所以可定时时间范围为1～15小时，采用编码方式，软件配合还可扩展控制时长。
3.2 最大功率点跟踪控制
恒压跟踪（CVT）是一种具有控制简单、可靠性较高、稳定性好、易于实现等优点的太阳能最大功率点跟踪方法。由于它受温度影响较大，只能在一定的温度条件下工作，而路灯使用环境较为恶劣，所以，本系统使用了扰动观察法来实现太阳能最大功率点的跟踪。
图4 MPPT原理示意图
扰动观察法控制思路如下：假设增加MPP电路开关的占空比，若光伏电池输出功率增加，则占空比继续增加，直到输出功率下降；反之占空比减少。占空比的改变值称为扰动步长d，在扰动观察法中扰动步长d为定值，步长的选取要兼顾光伏发电系统动态响应速度及稳定状态下的控制精度。d较大时，对外界环境变化响应速度快，但在最大功率点附近有较大的功率振荡；d较小时，最大功率点附近的功率振荡会减弱，但系统对外界环境变化的响应能力变差。也就是通过对太阳能电池在某一时刻的输出电压、输出电流进行检测，得到该状态下太阳能电池的输出功率，再将它与前一时刻的功率值比较，根据两次或多次采样功率值的差值来确定下一步给定负载端参考电压调整的方向。
从功率比较的角度分析，假设两次采样的功率分别为P1，P2，ΔP=P2-P1。当ΔP>0时，说明参考电压调整的方向是正确的，需继续按原方向调整；当ΔP=0时，说明参考电压调整方向与预期的方向是相反的，需要反向调整。
一般来说，仅从功率比较的结果是不容易反映出系统变化的真实情况的。但是，如果将参考电压和功率结合起来考虑就比较理想了。本系统采用了比值比较的方式来判断参考电压和功率的变化情况，这里设定了一个比较标识
在实现MPPT算法时，为了增加系统响应的快速性，可以采用变步长的寻优法。由于光伏系统的特性较软，在正常情况下变化不是特别剧烈，所以一般都使用定步长寻优法，这样也利于程序的实现。
4.蓄电池充、放电控制
系统使用铅酸蓄电池作为储能元件，由于太阳能电池板发出的电能受天气情况影响较大，这就对蓄电池的充、放电提出了较高的要求，因此，本系统采用双标三阶段方法来给蓄电池充电。
双标三阶段充电法的充电步骤是：（1）当蓄电池端电压低于额定开路电压时，用太阳能电池所能提供的最大电流给蓄电池充电，充到蓄电池端电压达到额定开路电压为止；（2）以额定开路电压为蓄电池充电，直到充电电流下降至额定浮充电流；（3）当蓄电池经过第2个充电状态后，再以额定浮充电压为标准给蓄电池充电。浮充电压的选择十分重要，因为根据蓄电池相关理论，如果浮充电压出现5％的误差就会导致蓄电池使用寿命缩短一半，所以在使用时一定要精确的对浮充电压进行标定。
系统在白天工作时使用霍尔电压、电流传感器对蓄电池的端电压和充电电流进行采样，单片机根据采样值与设定值的比较结果来产生PWM控制信号，对蓄电池充、放电的全过程进行监控。在夜间，系统自动关闭PWM信号输出，停止蓄电池充电，这样也可以降低系统的总体功耗。当遇上阴雨天气，系统将根据设定的蓄电池最低放电电压来判断是否需要切断负载，以避免蓄电池由于过放电而损坏。
5.系统软件设计
在白天，系统正常工作时要进行以下主要任务操作：（1）蓄电池的充、放电控制；（2）稳定输出电压；（3）对太阳能电池板进行最大功率点跟踪；（4）判断是否天黑。夜间，系统进行的操作除了上述1、2两项外，还要进行路灯定时控制和判断是否天亮等操作。为了提高系统的实时性，故本系统采用了多任务并行的软件结构，即以上多个任务在处理器的控制下同时进行操作，这样就大大提高了系统的实时特性。
系统软件主要结构如下:
系统软件的主要功能是：① 蓄电池的充、放电；② 稳定输出电压；③ 太阳能最大功率点跟踪；④ 负载定时控制。这些任务之间有着信号量和执行条件的约束等关系，如系统输出稳压值是依据蓄电池的端电压来确定的；当负载开始定时，就要关闭太阳能最大功率点跟踪功能等等。但是，它们在功能上又具有独立性，所以，在将它们分成独立的任务段的同时，还要保证各任务之间的信号量和约束条件参数的正确传递。
在以上的软件结构中，任务1的主要作用是初始化系统和建立其他几个独立的任务程序，在软件系统中，可以利用os_create_task （） 函数来建立新任务。每个新任务都由一段无限循环的操作来实现，其中，os_wait （N） 函数为各个任务规定了运行时间，防止任务进入死循环，N为设定的时钟常数。各个任务之间利用RTX51中的其他系统函数来进行信号量的传递等操作。
6.结语
具有MPPT功能的光伏路灯控制系统及实验板，经过一段时间的测试表明，添加了MPPT功能后，太阳能电池板的发电效率提高了近25％，按市场均价40元/瓦来计算，一块100W的太阳能板就可以增加效益1000元左右，因此具有很高的实用推广价值。
参考文献：
[1]王庆章，赵庚申等.光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法研究[M].天津：南开大学学报，2005（6）.
[2]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
光电跟踪技术范文第2篇
关键词：陀螺稳定系统 双闭环控制 遗传算法 Matlab
航空光电吊舱陀螺稳定系统，即吊舱结构形式的机载光电跟踪系统。它将光电载荷安装在稳定平台上，借助陀螺稳定平台隔离载机的振动，进而获得平台空间，通过控制指令的驱动，完成光电载荷对目标的搜索、捕获、跟踪、定位等一系列的任务。
针对机载光电测量仪器放的稳定性，我们设计了一个两维的支撑平台稳像系统，借助该系统吊舱可以完成搜索与跟踪两项基本任务[1]。
1 系统的组成
稳像系统由主体仪器、控制放大器和脱靶量计算单元三大部分组成，如图1所示[2]：
主体仪器：对于稳像系统而言，两轴支撑的常平架结构构成主体仪器。外环（方位环）垂直装设于基座上，光电测量仪则装设在内环（水平环）上。正交处理内、外环的转动轴，外环呈360°全周转动。将二自由度挠性陀螺仪分别装设在内、外环上，借助锁定回路形成速率陀螺，用以量测两轴转动的角速度。
控制放大器：控制放大器对两环上驱动电机转动的控制是根据操作指令和跟踪目标的脱靶量实现的，确保隔离基座摇摆或测量仪的光轴始终锁定施测目标。
脱靶量计算单元：参照由光电跟踪仪测得的图像信息，脱靶量计算单元用以计算目标的脱靶量，处理结果输入控制器作为系统位置环的输入量。
2 系统的技术指标
3 建立系统控制模型
5 结论
本文对光电吊舱稳像系统进行了遗传算法PID研究，通过仿真实验对优化后的控制器进行检验，其阶跃响应曲线平稳，无超调量，对系统的负载扰动具有良好的适应能力。
参考文献：
[1]李文魁，王俊璞，金志华，田蔚风.直升机机载光电吊舱的发展现状及对策[J].中国惯性技术学报，2004，12（5）：75-80.
[2]谈振藩，李庆.航空光电吊舱陀螺稳定系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.
光电跟踪技术范文第3篇
【关键词】电视跟踪器；预测算法；α-β-γ滤波；目标跟踪；
1.引言
电视跟踪器由CCD和信号处理电路组成，是一个误差检测元件。从目标在CCD靶面上成像到脱靶量输出，中间经光电转换、信号处理、数据采集存储、多种跟踪算法运算和传输等环节，使得输出到伺服系统的脱靶量滞后于目标成像时间。对传感器的测量数据进行滤波预测，提供准确的位置、速度等信息，进行预测外推。可使系统位置带宽提高，控制系统的稳定性及跟踪精度提高。
本文以舰载跟踪器跟踪目标为对象，采用卡尔曼滤波算法、两点外推滤波算法、最小二乘算法、最小二乘算法、α-β滤波算法、α-β-γ滤波算法设计滤波器对目标位置进行预测。
2.目标状态变量
在给定的时间内，对于舰船等跟踪目标，可以认为是平稳直线运动的，如果在直角坐标系中处理目标的位置、速度可以得到最佳的滤波效果，但这需要进行大量的坐标变换，无法保证滤波器的实时跟踪性能。
因此对于舰载光电跟踪设备，跟踪目标的距离较远，机动性很低，因此直接对方位角和俯仰角测角数据进行滤波预测。
2.1匀速运动状态变量
光电跟踪设备是一种跟踪测量，当目标进入光学测量的视场内，伺服系统捕获锁定目标，然后一直跟踪目标，保证目标一直位于光学测量的视场内，记录系统同时记下目标相对视场中心的偏差-脱靶量，测角系统测量出视场中心的方位角和俯仰角，和脱靶量共同合成目标的实际角位置。一般的舰船通常只沿匀速直线轨道航行，转弯、闪避式机动及由于周围环境变化引起的加速度均可看作为对匀速轨迹的扰动。
2.2匀加速运动状态变量
3.滤波器
3.1卡尔曼滤波
根据目标的运动模型选择：匀速运动和匀直线运动两种情况，滤波器中系统测量矩阵H，系统转移矩阵，状态向量X的选择与2.1和2.2节中的分析相同，卡尔曼滤波需要知道系统噪声和量测噪声的统计特性。
：
4.仿真
由于方位轴和俯仰轴两个方向的运动相互独立，测量误差不存在耦合，因此两个轴的位置预测是相互独立的，只给出一个轴的仿真误差曲线。
目标位置初始值采用某几个观测值，速度初始值则采取差分方法来定，加速度初始值则采用速度差分方法来定，假设测角数据和测偏量的更新频率50Hz，仿真时间为10s，仿真次数为100次。
匀速运动模型：
匀加速运动模型：
设测量误差为″，系统误差为″，将滞后的脱靶量处理后用上面几种预测滤波算法对目标位置进行预测外推。
4.结论
分析仿真结果表明：初始条件选择没有达到最佳使卡尔曼滤波算法和最小二乘滤波算法在精度方面的优越性没有体现；对于舰载目标机动性较低，目标位置预测可以采用α-β滤波或α-β-γ滤波算法，这两个算法在稳态且增益值比较小的情况下精度高，计算量相对比较小，算法的精度也与初始条件的选择关系不大，而且这两个算法不需要知道系统噪声和量测噪声的任何统计特性。
参考文献：
[1]徐国亮. 机动目标跟踪算法[J]， 情报指挥系统与仿真技术，2002，8：42-56.
[2]黄永梅，马佳光等.目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用[J]，红外与激光工程，2004，10.
[3]李友善，自动控制原理[M] . 北京：国防工业出版社，2000.
[4]杨秀华 吉桐伯等. 预测滤波技术在电视跟踪系统的应用[J]，吉林大学学报（信息科学版），2003，8.
光电跟踪技术范文第4篇
关键词：AGV 机器人跟踪系统 光靶
Abstract: Research and analysis on the common fault of the AGV (Automated the Guided Vehicle) robot PSD tracking system, improve the tracking system of the PSD, to solve many problems of the original PSD tracking system, reduce equipment failure rates, and improve the operating rate, and reduce labor intensity.
Keywords: AGV; Robot; Tracking system; Light target
引言：
自动导引小车AGV (Automated Guided Vehicle)是一种集声、光、电、计算机为一体的简易移动机器人[1],能够沿规定的导引路径行驶,具有编程和模式选择装置、安全保护及各种移载功能的搬运机器人。AGV具有自动化程度高、安全、灵活等特点,因而广泛应用于汽车制造、机械加工等自动化生产和仓储系统[2]。AGV小车跟踪系统元件多采用位置敏感器件PSD(Position Sensitive Device)，位置敏感器件PSD属于半导体器件, 一般做成P+IN结构,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点, 其弱点主要是非线性，直接用于定位和位置测量还有许多问题需要解决。
1、车间生产现状及PSD有源红外光靶常见故障分析
总装车间原有生产系统采用AGV机器人负责将发动机装配到产品车上，AGV小车采用全自动运行方式，AGV与车身跟踪系统采用PSD系统。PSD采用有源红外光靶。此种光靶价格昂贵，使用与维修不方便，且故障率较高。常出现的故障主要有，操作工放置位置不当造成的光靶没接通电源问题；使用过程中光靶损坏问题；光靶充电不当造成光靶电池没电问题；充电电池老化引起的电池电量不足问题；操作工更换光靶不及时引起的电池电量不足等问题。以上提出的故障问题都会导致光靶丢失，造成跟踪失败，导致AGV机器人不能正常跟踪工作，发出报警信号，强制生产线停止运行，直接影响生产。
2、AGV自动跟踪系统的改进
通过对AGV机器人的PSD跟踪系统研究分析发现，造成故障的主要因素是有源PSD红外光靶供电问题。由于采用独立电池供电自行发射红外射线，光靶对供电电池要求高，一旦电池出现问题光靶将无法工作，独立电池需要反复充电，工作繁琐，且频繁充电造成电池老化速度快，并且需要专人看护，而且独立电池在光靶的放置及取用过程中经常会出现磕碰等影响电池接触的现象，这些都是造成生产线停止运行的最根本因素。通过研究发现利用光电传感器替代PSD有源红外光靶同样能够达到跟踪工作的目的。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。其中漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。其特点是较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常可以达到粗定位的目的。将原有PSD红外光靶接受器更换为漫反射型光电开关，光靶采用反光板塑料光靶，漫反射型光电开关供电直接由AGV机器人提供，解决了原有电池供电造成的各种问题，反光板塑料光靶价格低廉，且不易损坏，通过生产实验发现，故障率明显下降，原有PSD跟踪系统采用的是模拟信号，PSD感应头采用的是红外线接收器，发射器为有源红外光靶，改进后的PSD跟踪系统采用的是数字信号，PSD感应头采用的是回归反射光电开关，光靶为反光板。通过改进 ，将原有的“有源红外光靶”改为“无源反光板光靶”。解决了原有“有源光电光靶”带来的诸多问题而引起的设备故障，大大降低了设备故障率。
结论：
PSD跟踪系统采用的无源反光板光靶具有无需维护、故障率低、信号无衰减、价格低廉、操作方法方便等特点。PSD跟踪系统的改进对生产系统提供了较大的帮助。
（1）降低设备故障率：改进前AGV光靶问题占AGV故障停线时间为73.6%，改进后AGV光靶问题占AGV故障停线时间在5%以内。
（2）降低工人劳动强度降低生产成本：改进前双班生产每班需要两名维修工对AGV光靶故障进行处理，1人处理生产线故障，1人维修光靶。改进后减少4个岗位编制，每人每月按1500元计算，每年减少1500元×4人×12月=7.2万元，且无源反光板光靶比有源光电光靶价格便宜，降低了设备备件费用。
（3）提高产值：按原有PSD跟踪系统故障停线时间计算，改进后每月可减少停线时间200分钟，每年可提高产量：200分钟×12 月÷2.3（生产节拍）=1043台，每年可提高产值1043台×10万=10430万。
参考文献：
[1]董平,赵海伶;AGV及AGVS方案研究[J];组合机床与自动化加工技术;2002年02期；
光电跟踪技术范文第5篇
关键词：四象限探测器 光斑检测 背景光 大气湍流
中图分类号：TN247 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0010-01
四象限光电探测器以其高频谱响应范围，高定位精度，解算速度快等优点使其广泛应用于激光准直，激光对中，激光导向，激光制导，激光报警，激光侦查，激光自动跟踪等领域。四象限光电探测器的每一个象限相当于一个PIN光电二极管，根据PIN光电二极管的特性，在一定的反偏工作电压下，PIN光电二极管所接收的光功率大小与其产生的光电流大小成正比（图1）。
其经典位置解算算法如下：令提取到的光电流信号与四象限探测器四个象限在坐标轴上的分布对应，分别为第一象限对应的光电流Ia，第二象限对应的光电流Ib，第三象限对应的光电流Ic，第四象限对应的光电流Id。令光斑在四象限探测器四个光敏面上光功率为Ea、Eb、Ec、Ed，光斑实际位置坐标为（x0，y0），则有：
（1）
（2）
dx，dy分别为光斑中心在x轴和y轴的偏移量。
1 背景光对光斑位置检测影响
在上述四象限探测器解算公式（1）、（2）可以看出，当光斑检测系统的背景光均匀时，会导致偏移量公式中分母大小发生改变而分子不变，这就会使通过光斑解算得到的位置与实际光斑位置发生偏差，从而降低光斑位置的检测精度。现在研究光斑在x轴的偏移量，由图2可以看出，随着背景光的加强，光斑的实际偏移量与解算偏移量的曲线线性范围在降低，造成光斑位置检测灵敏度下降，由于是激光光源当作信号源，为了减小或者消除背景光带来的影响，可以在接收端加窄带滤光片来抑制背景光的干扰，也可以采用数字信号处理的方式抑制背景光。
2 大气湍流对光斑位置检测影响
大气光通信中面临的最大问题是大气信道的影响，包括大气衰减和大气湍流。大气湍流是由于大气中局部温度、压强的随机变化而带来折射率随机变化的现象。大气湍流引起接收端探测器光敏面上光斑信号闪烁、相位偏移、光束扩展，使得APT系统中光斑位置检测出现误差，跟踪精度降低。
激光光斑在大气湍流的影响下，产生形状畸变和光斑破损，并且会伴随着光斑位置随机抖动，减小大气湍流对光斑检测精度的影响，可以通过增加光学系统的接收口径和提高跟踪系统的带宽进行有效抑制。
3 四象限探测器形状对光斑检测影响
四象限光电探测器通常有圆形和方形两种，当信号光斑较大且光斑抖动的动态范围很大时，光斑在移动的情况下可能会产生部分或者完全跑出视场的情况，这将导致光斑位置解算产生误差。
由（图5、6）可以看出，当信号成像光斑较大，而且动态范围设置比较大时，可能会出现上图部分光斑跑出视场的情况，因此，探测器光敏面上说接收的光斑总能量减小，而信号干扰噪声不变导致信噪比降低，也同时降低光斑检测的灵敏度。通过应用光学知识，选用大光敏面探测器，增加器件结电容，可以提高器件灵敏度。
4 结语
在光斑位置检测系统中，背景光、大气湍流、光电探测器形状等因素不可避免的会影响着光斑位置检测的精度和速度，可以通过加窄带滤光片、增大系统光学口径、选用大范围光敏面探测器，都可以有效的提高跟踪精度。
参考文献
[1] 姜会林，佟首峰.空间激光通信技术与系统[M].国防工业出版社，2011.
