光电跟踪系统的视轴稳定控制

摘要

本文所提到的光电跟踪系统主要是针对空间光通信跟踪控制系统。 空间光通信是极具前景的通信方式。由于空间环境复杂，通信距离遥远，而可靠的光通信对跟瞄精度要求很高，所以，捕获，跟踪和瞄准(ATP)技术成为实现空间光通信的关键和难题。高精度的视轴稳定技术是实现整个ATP功能的核心。因此，对空间光通信ATP中的视轴稳定系统的研究非常必要。 本文简要介绍了空间光通信与ATP技术的概念，关键技术，发展现状，以及各子系统组成和相关技术。并分析系统的噪声振动和研究抑制它们的方法，重点采用复合轴控制。 为提高系统的视轴稳定精度，本文研究了两种方案。分别是采用模糊PID控制的复合轴系统和基于莫尔条纹检测法的三复合轴伺服系统。在第一个方案中，首先设计出具有参数自整定功能的模糊PID控制器，结合复合轴跟踪子系统和各环路的传递函数，在Matlab环境下进行仿真。通过仿真分析系统的动态响应和稳定性，和传统PID控制系统进行比较。并进一步提出了一种基于小波的模糊PID控制策略，实时在线调整隶属函数的形状。仿真实验验证了算法的有效性，并具有较好的稳定性和动态性能。结果表明，模糊PID控制系统优于传统控制系统，能有效的提高系统的视轴稳定精度和增强系统的稳定性。 在第二个方案中，研究出莫尔条纹具有检测微小位移的能力，参照复合轴控制系统的设计理念，设计出一套三复合轴控制系统。理论分析表明，其能提高视轴稳定精度一个数量级。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1空间光通信概述

1.2空间光通信的优点及面临的挑战

1.3国内外空间光通信研究的现状及趋势

1.3.1国外发展情况

1.3.2国内发展情况

1.3.3空间光通信技术发展趋势

1.4本文的研究内容及论文结构

第二章系统振动噪声分析及抑制方法

2.1系统振动噪声分析

2.2振动抑制方法

2.3振动对跟瞄精度的影响

第三章ATP系统跟踪控制环路研究

3.1 ATP技术简介

3.2 ATP系统结构组成

3.3 ATP系统的工作原理

3.4系统各子环节的数学模型

3.4.1速度控制环的传递函数

3.4.2 D／A转换器的传递函数

3.4.3粗跟踪、精跟踪CCD的传递函数

3.4.4 FSM的传递函数

第四章ATP系统中模糊PID控制的设计与仿真

4.1模糊控制

4.1.1模糊控制的发展及特点

4.1.2模糊控制器的结构和组成

4.1.3模糊控制的局限性及发展

4.2 PID控制

4.2.1 PID控制原理

4.2.2 PID控制器的局限性和发展趋势

4.3模糊PID控制

4.3.1模糊PID控制器的分类

4.3.2模糊PID参数自整定控制器的设计

4.4基于Matlab的模糊PID控制视轴稳定的仿真

4.4.1模糊PID控制器的设计

4.4.2 ATP伺服系统视轴稳定的模糊PID控制器的设计

4.4.3系统仿真结果

4.4.4传统的PID控制仿真

4.5基于小波分析的模糊PID控制

4.5.1小波分析原理

4.5.2隶属函数与小波基函数

4.5.3基于小波分析的模糊PID仿真实验

4.6本章总结

第五章基于莫尔条纹检测原理的三复合轴伺服系统研究

5.1莫尔条纹简介

5.2莫尔条纹的特点及应用

5.3莫尔条纹检测微小位移的原理

5.3.1基本原理

5.3.2莫尔条纹与CCD分辨率的比较

5.3.3 CCD用于莫尔条纹细分技术

5.4莫尔条纹检测系统构建三复合轴伺服系统

5.4.1现有复合轴系统的不足

5.4.2三复合轴伺服系统

5.4.3该结构存在的不足

第六章总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果