机载激光通信的视轴指向技术研究

摘要

机载激光通信链路建立的前提是通信双方快速捕获、实现视轴对准，但是由于机载平台机动性强、速度快、运动轨迹难以预测，所以机载激光通信的实现必须建立在捕获、对准、跟踪(APT)的基础之上。而视轴初始指向作为捕获中的第一步，是能否成功捕获、捕获概率大小以及捕获时间长短的决定性因素。所以，为了实现粗跟踪系统高精度的视轴指向，必须在保证视轴稳定的基础之上实现通信双方位置、姿态信息的实时精确解析，从而为捕获、对准和跟踪提供保障。　　首先，本文介绍了机载激光通信APT分系统的组成和工作原理，同时分析了机载激光通信的视轴指向误差影响因素。提出了基于全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的视轴初始指向算法，通过解算GPS/INS组合导航系统实时更新的数据得出指向角度，进而控制二维转台转动实现通信双方的视轴指向。并详细介绍了机载激光通信的视轴指向系统模型。　　然后，针对机载平台的非线性振动以及通信终端的相对运动造成视轴稳态误差较大的问题，本文设计了一种基于模糊神经网络的PID控制方法以消除机载平台振动带来的视轴稳定误差，并详细分析了模糊神经网络PID控制方法的组成和工作原理。　　最后，通过仿真实验验证了模糊神经网络PID控制算法可以消除平台振动带来的视轴稳定误差，并且具有较快的响应速度和较强的鲁棒性。并通过建立模拟实验系统，对基于GPS/INS组合导航系统的初始指向技术在机载激光通信的视轴指向过程中的性能进行了研究，并从指向精度方面对视轴指向算法进行验证。实验结果表明，该视轴指向技术满足机载激光通信的视轴指向精度要求，可以实现机载激光通信链路的稳定建立，验证了该视轴指向技术的正确性与稳定性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 机载激光通信的国内外研究现状

1.3 视轴指向技术的国内外研究现状

1.4 论文主要研究内容

2 机载激光通信APT分系统关键技术分析

2.1 APT系统组成

2.2 APT系统工作流程

2.3 高概率、快速捕获技术分析

2.4 APT系统中视轴指向的影响因素分析

2.5 机载激光通信APT分系统性能分析

2.6 本章小结

3 视轴指向技术研究

3.1 GPS/INS组合导航系统

3.2视轴指向算法流程描述

3.3 视轴指向算法

3.4 视轴标校

3.5 机载激光通信的模糊神经网络PID视轴稳定控制

3.6 本章小结

4 机载激光通信的视轴指向系统设计

4.1 视轴指向系统组成

4.2 视轴指向系统工作原理分析

4.3 二维转台伺服控制系统

4.4 主要硬件选型

4.5 本章小结

5 视轴指向技术模拟测试实验

5.1 视轴稳定仿真实验

5.2 视轴指向角误差测试

5.3 视轴指向精度

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果