卫星激光通信粗瞄控制子系统优化设计

摘要

随着科技的高速发展，卫星作为空地间通信的重要载体，人们对其通信质量的要求也随之提高。相比于传统的微波通信，卫星激光通信作为新型的通信方式，具有频率高、波长短、方向性佳、波段相对独立和保密性强等优点，故卫星激光通信自从诞生之日起就展现出蓬勃的生命力，成为各国研究热点。在卫星激光通信系统中，为了维持良好的通信链路，我们必须建立起捕获、瞄准和跟踪（Acquisition、Pointing and Tracking，APT）系统，粗瞄控制子系统是APT系统的重要组成部分。本课题以哈尔滨工业大学承担的“中继卫星星间链路技术”课题为背景，对其粗瞄控制子系统各部分进行深入研究和优化，提出假设并进行了相应仿真和实验进行验证。
　　扫描捕获作为APT系统的关键步骤，本文首先对星间光通信的扫描捕获过程进行说明，阐述了目前常用的扫描捕获方式，然后通过模型建立和仿真提出优化方案，其中包括分别应用于单场扫描和多场扫描情形下的优化，结合螺旋和正弦扫描提出新型扫描方案，以及针对粗瞄误差的不对称性较高时的扫描方式选择。
　　其次，针对目前粗瞄反馈环节出现的问题进行分析，对反馈测量器件绝对式光电码盘提出误差补偿的复合算法；并对解码单元板的粗码译码电路进行优化改进，以期其适应如火箭发射引起剧烈振动导致的机械结构变形或外太空高低温等因素造成的各类误差所带来的影响。
　　最后，针对粗瞄控制单元的控制算法进行优化。指出目前课题中使用的增量式PID算法在实际工作中存在的不足，然后介绍了具有快速响应、对参数变化和扰动不敏感、无需系统的在线辨识和建模的滑模变结构控制，并进行了仿真分析。提出滑模变结构控制器作为增量式PID控制器的备份，在太空中待命工作，以期达到最好的粗瞄控制效果，为后续精瞄控制系统达到所维持良好通信链路提供必要的精度。

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第1章 绪 论

1.1前言

1.2课题背景及研究的目的与意义

1.3国内外研究现状与发展趋势

1.4论文的主要内容

第2章 粗瞄控制子系统结构功能分析

2.1 APT系统概述

2.2粗瞄控制子系统分析

2.3系统信号及总线分析

2.4通信平台相对运动描述

2.5本章小结

第3章 通信终端扫描捕获分析及优化

3.1扫描捕获基本概述

3.2单场扫描方式分析

3.3多场扫描方式分析

3.4扫描方式优化方案

3.5本章小结

第4章 粗瞄控制反馈单元分析及优化

4.1粗瞄反馈单元组成

4.2针对码盘误差补偿的复合算法

4.3粗码译码电路的优化设计

4.4本章小结

第5章 粗瞄子系统滑模控制器设计

5.1粗瞄控制单元简介

5.2 PID控制器

5.3变结构控制器设计

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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