空间卫星光通信终端指向误差分析及粗瞄系统控制策略设计

摘要

随着信息时代的来临,无论是在军用和民用上,都对信息的传输提出了更高的要求,传统的微波通信无论是在传输速率上还是在传输距离上都无法满足越来越高的通信需求。而激光通信由于其有着传输速度快、距离长和保密性高等优点,被越来越多地应用到通信的各个领域中。本文主要分析了姿轨误差对光通信终端指向的影响以及挠性附件对卫星姿态角的影响,并且通过光通信粗瞄子系统控制律的设计,很好地补偿了由挠性附件产生的误差。
　　首先总结了卫星光通信系统的研究背景和意义,分析了国内外星间光通信的研究现状,并提出了星间光通信研究存在的问题和遇到的困难。
　　其次,对卫星光通信终端系统展开了运动学分析,考虑了卫星相对运动,给出了星间光通信终端对准条件,给出了螺旋扫描角的计算方法。
　　再次,分析了姿轨控制误差对光通信终端指向角影响,通过仿真,对承载光通信终端的卫星的姿轨控制精度提出要求。
　　最后,分析了太阳帆板对卫星姿态角的影响,得出了姿态角速度误差的功率谱密度曲线,从而得出粗瞄子系统的干扰项,设计了PD控制律、基于指数趋近和一阶动态滑模变结构控制律对粗瞄子系统进行补偿。

目录

空间卫星光通信终端指向误差及粗瞄统控制策略设计

ANALYSIS OF SATELLITE OPTICAL COMMUNICATION TERMINAL'S POINTING ERROR AND CONTROL DESIGN IN COARSE POINTING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 卫星光通信技术的现状与发展

1.3 卫星光通信面临的问题

1.4 论文的主要研究内容

第2章 光通信终端运动学分析

2.1 引言

2.2 坐标系及转换关系

2.3 卫星平台相对运动的影响

2.3.1 卫星受摄运动

2.3.2 光通信卫星相对运动补偿角

2.3.3 一方约束情况下的终端指向角

2.3.4 无约束情况下的终端指向角

2.4 卫星光通信捕获过程及螺旋扫描附加角

2.5 本章小结

第3章 光通信终端指向误差分析

3.1 引言

3.2 影响终端指向的轨道、姿态误差

3.3 理想情形下卫星光通信终端指向角仿真

3.3.1 一方约束情况下

3.3.2 无约束情况下

3.4 加入姿轨控制误差的光通信终端指向角误差

3.4.1 一方约束情况下

3.4.2 无约束情形下

3.5 本章小结

第4章 光通信卫星姿态扰动分析

4.1 引言

4.2 挠性附件对光通信卫星姿态角影响

4.3 帆板挠性对光通信卫星姿态角的干扰仿真

4.4 本章小结

第5章 粗瞄系统控制策略设计

5.1 引言

5.2 粗瞄系统介绍

5.3 粗瞄子系统建模

5.4 干扰分析

5.5 控制律的选取

5.6 粗瞄系统PD 控制器设计

5.7 粗瞄子系统俯仰轴变结构控制器设计

5.7.1 变结构控制原理及设计

5.7.2 基于趋近率滑模控制器设计

5.7.3 基于一阶动态滑模控制器设计

5.8 三种控制律的比较分析

5.9 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的术论文

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致谢