基于視覺伺服的光束定向方法研究

◆彭城 楊洋 樊玉琦通訊作者

（1.合肥工業(yè)大學(xué)智能互聯(lián)系統(tǒng)安徽省實(shí)驗(yàn)室 安徽 230601；2.中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所 安徽 230031）

1 引言

在EAST 托克馬克中采用了多種光學(xué)診斷技術(shù)來分析等離子體的可見光譜，例如電荷交換重組光譜（CXRS）[1]、濾鏡[2]、運(yùn)動(dòng)斯塔克效應(yīng)（MSE）[3]。其中MSE 診斷技術(shù)能夠快速提供局部高精度的等離子體內(nèi)部的磁場(chǎng)信號(hào)，結(jié)合等離子體平衡反演能獲得可靠的電流密度分布。MSE 診斷系統(tǒng)在EAST 上的布局如圖 1 所示，觀察區(qū)集中在中性束注入裝置（NBI）的中心軸上，觀察區(qū)和NBI 中心軸都在EAST 的赤道面附近。觀察區(qū)是一個(gè)窄條帶，尺寸是855mm（長(zhǎng)度）*50mm（寬度）。MSE 觀察鏡視野范圍是18.48°，并劃分為17個(gè)方向，以此來收集不同位置的等離子體輻射譜。

圖1 EAST 托卡馬克上的MSE 診斷系統(tǒng)布局圖[4]

良好的光學(xué)診斷性能依賴于高精度的系統(tǒng)校準(zhǔn)。傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法是利用一個(gè)白板手動(dòng)去捕捉光斑，在獲取到光斑后，再使用激光測(cè)距儀或者高精度測(cè)量臂計(jì)算光斑的空間位姿。在整個(gè)測(cè)量過程中，需要手動(dòng)移動(dòng)白板，并需要在目視情況下，手動(dòng)將測(cè)量臂末端的激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)白板上的光斑中心，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且測(cè)量精度也難以保證。Huang 等人設(shè)計(jì)了一個(gè)高精度的四維標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)，在水平軸向、俯仰、偏航和橫滾四個(gè)維度利用高精度電機(jī)加上偏振光發(fā)生器產(chǎn)生已知空間方向的光束來校準(zhǔn)MSE 診斷設(shè)備。該系統(tǒng)需要先手動(dòng)控制水平軸向、俯仰和偏航三個(gè)維度的電機(jī)將偏振光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)MSE 診斷設(shè)備，再控制橫滾軸和偏振光發(fā)生器來校準(zhǔn)MSE 診斷設(shè)備。……