卫星光通信粗瞄控制系统的设计及故障诊断

摘要

卫星间激光通信是未来卫星通信技术的重要发展方向，它在较为复杂的空间环境中进行，信号光束窄，传输距离长，给链路的建立和保持造成极大的困难。因此，在卫星光通信系统中必须建立一套瞄准、捕获和跟踪（Pointing，Acquisitionand Tracking，PAT）系统来防止由于链路失败而造成的信号损失。PAT技术是激光通信链路建立和保持的关键技术。本文以哈尔滨工业大学航天学院承担的“中继卫星间链路技术”课题为背景，研究设计了PAT系统中的粗瞄控制系统。
　　首先对卫星光通信研究的背景和意义进行综述，分析比较了国内外卫星光通信技术的研究现状和进展。此外，详细阐述了PAT系统的重要性和工作原理，并给出其总体设计结构。
　　其次对粗瞄控制系统的各个功能单元作了全面介绍，提出了系统的控制方案，包括带积分分离和输出限幅的PID控制算法选取，用频率响应法求解被控对象的数学模型以及按照典型Ⅰ型和Ⅱ型系统模型分别对速度环和位置环进行设计等。在此基础上，对粗瞄控制系统进行相关的仿真实验，同时给出了响应曲线。此外，单独详细介绍了控制器单元的软硬件设计，还用试凑法对整个系统进行参数整定，取得了较好的控制效果。
　　最后用故障树分析法对粗瞄控制系统的故障诊断问题作了研究。以电机转动异常这一典型故障为顶事件建立了故障树，并运用数学方法对其进行定性和定量分析。应用表明，故障树分析法用于粗瞄控制系统的故障诊断是可行的。

目录

卫星光通信粗瞄控制系统的设计及故障诊断

DESIGN AND FAULT DIAGNOSIS OF THE COARSE POINTING CONTROL SYSTEM IN SATELLITE LASER COMMUNICATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国外卫星光通信的研究现状

1.3 国内卫星光通信的研究现状

1.4 卫星光通信中PAT技术的研究现状

1.5 本文的主要工作和内容安排

第2章 PAT系统的工作原理和总体设计

2.1 瞄准、捕获和跟踪的概念

2.2 PAT系统研究的重要性

2.3 PAT系统的工作原理

2.4 PAT系统的总体设计

2.5 本章小结

第3章 粗瞄控制系统的设计及仿真

3.1 粗瞄控制系统的性能指标

3.2 粗瞄控制系统的功能单元设计

3.3 粗瞄控制系统的控制方案设计

3.4 粗瞄控制系统的仿真

3.5 本章小结

第4章 控制器单元的软硬件设计及调试

4.1 控制器单元的功能

4.2 控制器单元的硬件设计

4.3 控制器单元的软件设计

4.4 控制器单元的调试

4.5 本章小结

第5章 粗瞄控制系统的故障诊断

5.1 故障树分析法

5.2 故障树的建造

5.3 故障树的定性分析

5.4 故障树的定量分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢