车载低轨卫星测量站跟踪关键技术研究
发布时间：2021-06-27 18:32
随着航天技术的发展和应用,各国纷纷对空间目标监视网络进行建设。车载光电测量站部署灵活,是对地基监视网络的有效补充。本文以车载低轨卫星测量站的研制工作为背景,主要对车载光电跟踪设备中的跟踪关键技术进行研究。利用改进差分进化算法获得了准确的跟踪转台传递函数模型;设计了三轴转台的角速度偏差最小控制方法;提出了基于测量方程的三轴跟踪转台静态指向修正方法;并通过搭建三轴跟踪转台伺服控制系统,对上述研究进行了实验验证。论文主要完成的工作包括:1.对车载低轨卫星测量站的组成进行概述,介绍其工作流程和工作原理。通过分析指出跟踪转台的跟踪精度和跟踪转台的指向精度都决定了测量站的性能。并对跟踪转台的传递函数辨识方法、三轴跟踪转台的控制方法和三轴跟踪转台的静态指向修正方法进行分析。2.通过加强搜索随机性,和对算法参数进行在线调整,提出了改进差分进化算法。利用基准测试函数将改进差分进化算法和其他启发式算法进行对比测试,证明该算法具备较快的收敛速度和较强的全局寻优能力。使用改进差分进化算法对实验转台轴系进行系统辨识,获得了准确反映实际系统的传递函数参数模型。3.推导地平式和水平式跟踪转台的指向模型,分析跟踪“盲...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 空间目标光电测量设备的研究发展
1.3 车载光电测量设备发展现状
1.4 论文主要研究内容以及结构
第2章 车载低轨卫星测量站系统分析
2.1 引言
2.2 车载低轨卫星测量站系统组成
2.2.1 载车及辅助设备
2.2.2 支撑平台及调平设备
2.2.3 光电跟踪转台
2.2.4 定位、定向和时统设备
2.2.5 指控终端
2.3 车载低轨卫星测量站的的工作流程
2.4 车载低轨卫星测量站跟踪中的关键技术
2.4.1 跟踪转台传递函数辨识
2.4.2 三轴跟踪转台控制方法
2.4.3 三轴跟踪转台的静态指向修正
2.5 本章小结
第3章 基于改进差分进化算法的跟踪转台系统辨识
3.1 引言
3.2 差分进化算法及其改进算法
3.2.1 差分进化算法
3.2.2 改进差分进化算法(ADDE)
3.3 改进差分进化算法的性能评价
3.3.1 Benchmark标准化测试函数
3.3.2 求解精度测试
3.3.3 全局收敛性能比较
3.4 传递函数模型
3.5 传递函数模型辨识结果及分析
3.6 本章小结
第4章 三轴光电跟踪转台控制方法
4.1 引言
4.2 两轴跟踪转台指向模型分析
4.2.1 地平式跟踪转台的指向模型
4.2.2 水平式跟踪转台的指向模型
4.3 三轴跟踪转台运动模型分析
4.3.1 三轴跟踪转台的运动模型
4.3.2 轴系偏距对跟踪转台的影响
4.4 基于改进差分进化算法的三轴角速度偏差最小控制方法
4.4.1 三轴转台角速度偏差最小控制方法(MDTV方法)
4.4.2 基于改进差分进化算法的MDTV方法
4.4.3 ADDE-MDTV方法的仿真试验
4.5 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的三轴角速度偏差最小控制方法
4.5.1 Moor-Penrose广义逆矩阵
4.5.2 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的MDTV方法
4.5.3 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的MDTV方法误差分析
4.5.4 两种MDTV方法的计算量对比
4.6 MDTV方法对弧线飞行目标的仿真试验
4.7 本章小结
第5章 三轴光电跟踪转台静态指向修正方法
5.1 引言
5.2 车载低轨卫星测量站的测量原理
5.2.1 时间系统
5.2.2 坐标系统
5.2.3 空间目标的运动学分析
5.3 车载三轴跟踪转台的静态指向误差来源分析
5.3.1 授时误差
5.3.2 站点定位误差
5.3.3 跟踪转台基座定向误差
5.3.4 方位轴倾斜
5.3.5 俯仰轴与方位轴不垂直
5.3.6 横滚轴与俯仰轴不垂直
5.3.7 视轴与横滚轴不垂直
5.3.8 轴角编码器零位差
5.3.9 J2000.0 惯性系到基座坐标系变换的误差分析
5.4 两轴式跟踪转台的静态指向修正方法
5.4.1 球谐函数修正法
5.4.2 单项差修正法
5.4.3 参数模型修正法
5.5 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法
5.5.1 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法
5.5.2 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法试验
5.6 基于测量方程的三轴转台静态指向修正方法
5.6.1 三轴跟踪转台测量方程
5.6.2 基于测量方程的三轴转台静态指向修正方法试验
5.6.3 两种三轴跟踪转台静态指向修正方法的分析和对比
5.7 本章小结
第6章 三轴跟踪转台伺服控制系统设计与实现
6.1 引言
6.2 三轴跟踪转台伺服控制系统搭建
6.2.1 直流力矩电机
6.2.2 功率驱动器
6.2.3 轴角编码器
6.2.4 伺服控制器
6.3 三轴跟踪转台方位轴传递函数辨识实验
6.4 三轴转台的跟踪实验
6.4.1 三轴跟踪转台对旋转靶标的跟踪实验
6.5 机动部署后的三轴跟踪转台指向简化修正实验
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 论文的研究内容和成果总结
7.2 论文的主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粒子群算法的电力电子电路参数辨识方法[J]. 邵力为,王友仁. 机械制造与自动化. 2019(01)
[2]美国战略预警体系发展探析[J]. 刘凤增,肖兵,刘捷,熊春晖. 飞航导弹. 2019(03)
[3]2018年临近空间科学热点回眸[J]. 李智斌,黄宛宁,张钊. 科技导报. 2019(01)
[4]2018年空间科学热点回眸[J]. 吴季,杨帆,张凤,范唯唯,韩淋,王海名. 科技导报. 2019(01)
[5]基于改进粒子群算法的工业过程参数辨识[J]. 冯晨,王明春,张雨飞,段崇崇. 工业控制计算机. 2018(09)
[6]2018年第二季度航天器发射统计[J]. 国际太空. 2018(09)
[7]红外K波段白天探测能力分析验证[J]. 黄智国,王建立,王昊京,李宏壮,殷丽梅. 红外与激光工程. 2018(08)
[8]2018上半年全球发射卫星概况及发展趋势分析[J]. 韩慧鹏. 卫星与网络. 2018(08)
[9]新型光学检测靶标直线运动系统加强组件优化设计[J]. 张绍军,高云国,薛向尧. 红外与激光工程. 2018(06)
[10]北斗卫星系统在空间飞行器天基测控中的应用研究[J]. 刘莉,赵佳媚,王超杰. 计算机测量与控制. 2018(06)
博士论文
[1]空间目标地基红外探测技术研究[D]. 黄智国.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]北斗卫星导航系统精密轨道确定方法研究[D]. 刘伟平.解放军信息工程大学 2014
[3]车载经纬仪自主定位定向技术的研究[D]. 李增.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[4]空间目标白天光电探测技术研究[D]. 王伟国.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[5]地平式光测跟星系统天顶盲区及跟踪算法研究[D]. 吉桐伯.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于改进差分进化算法的汽轮机及其调速系统参数辨识方法研究[D]. 张艺川.东北电力大学 2018
[2]面向空间态势感知图像数据的分布式处理技术研究[D]. 王文瑞.北京交通大学 2018
[3]几类矩阵分解及其应用[D]. 陈文冰.天津工业大学 2018
[4]模糊辨识方法及其应用研究[D]. 郭志勇.大连理工大学 2017
[5]基于轨道动力学的航天器轨道改进方法[D]. 周敬.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[6]智能优化算法在模糊辨识中的应用研究[D]. 刘楠.燕山大学 2017
[7]空间目标监视网的性能分析方法研究[D]. 李曦.北京理工大学 2014
[8]基于偏三轴结构机架的指向误差修正研究[D]. 张玉碟.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[9]航天器轨道确定—卫星坐标的插值与拟合方法[D]. 刘玉胡.西安电子科技大学 2014
[10]北斗卫星导航系统精密定轨定位分析[D]. 许小龙.辽宁工程技术大学 2014
本文编号：3253380
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 空间目标光电测量设备的研究发展
1.3 车载光电测量设备发展现状
1.4 论文主要研究内容以及结构
第2章 车载低轨卫星测量站系统分析
2.1 引言
2.2 车载低轨卫星测量站系统组成
2.2.1 载车及辅助设备
2.2.2 支撑平台及调平设备
2.2.3 光电跟踪转台
2.2.4 定位、定向和时统设备
2.2.5 指控终端
2.3 车载低轨卫星测量站的的工作流程
2.4 车载低轨卫星测量站跟踪中的关键技术
2.4.1 跟踪转台传递函数辨识
2.4.2 三轴跟踪转台控制方法
2.4.3 三轴跟踪转台的静态指向修正
2.5 本章小结
第3章 基于改进差分进化算法的跟踪转台系统辨识
3.1 引言
3.2 差分进化算法及其改进算法
3.2.1 差分进化算法
3.2.2 改进差分进化算法(ADDE)
3.3 改进差分进化算法的性能评价
3.3.1 Benchmark标准化测试函数
3.3.2 求解精度测试
3.3.3 全局收敛性能比较
3.4 传递函数模型
3.5 传递函数模型辨识结果及分析
3.6 本章小结
第4章 三轴光电跟踪转台控制方法
4.1 引言
4.2 两轴跟踪转台指向模型分析
4.2.1 地平式跟踪转台的指向模型
4.2.2 水平式跟踪转台的指向模型
4.3 三轴跟踪转台运动模型分析
4.3.1 三轴跟踪转台的运动模型
4.3.2 轴系偏距对跟踪转台的影响
4.4 基于改进差分进化算法的三轴角速度偏差最小控制方法
4.4.1 三轴转台角速度偏差最小控制方法(MDTV方法)
4.4.2 基于改进差分进化算法的MDTV方法
4.4.3 ADDE-MDTV方法的仿真试验
4.5 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的三轴角速度偏差最小控制方法
4.5.1 Moor-Penrose广义逆矩阵
4.5.2 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的MDTV方法
4.5.3 基于Moor-Penrose广义逆矩阵的MDTV方法误差分析
4.5.4 两种MDTV方法的计算量对比
4.6 MDTV方法对弧线飞行目标的仿真试验
4.7 本章小结
第5章 三轴光电跟踪转台静态指向修正方法
5.1 引言
5.2 车载低轨卫星测量站的测量原理
5.2.1 时间系统
5.2.2 坐标系统
5.2.3 空间目标的运动学分析
5.3 车载三轴跟踪转台的静态指向误差来源分析
5.3.1 授时误差
5.3.2 站点定位误差
5.3.3 跟踪转台基座定向误差
5.3.4 方位轴倾斜
5.3.5 俯仰轴与方位轴不垂直
5.3.6 横滚轴与俯仰轴不垂直
5.3.7 视轴与横滚轴不垂直
5.3.8 轴角编码器零位差
5.3.9 J2000.0 惯性系到基座坐标系变换的误差分析
5.4 两轴式跟踪转台的静态指向修正方法
5.4.1 球谐函数修正法
5.4.2 单项差修正法
5.4.3 参数模型修正法
5.5 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法
5.5.1 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法
5.5.2 基于球谐函数的三轴转台静态指向修正方法试验
5.6 基于测量方程的三轴转台静态指向修正方法
5.6.1 三轴跟踪转台测量方程
5.6.2 基于测量方程的三轴转台静态指向修正方法试验
5.6.3 两种三轴跟踪转台静态指向修正方法的分析和对比
5.7 本章小结
第6章 三轴跟踪转台伺服控制系统设计与实现
6.1 引言
6.2 三轴跟踪转台伺服控制系统搭建
6.2.1 直流力矩电机
6.2.2 功率驱动器
6.2.3 轴角编码器
6.2.4 伺服控制器
6.3 三轴跟踪转台方位轴传递函数辨识实验
6.4 三轴转台的跟踪实验
6.4.1 三轴跟踪转台对旋转靶标的跟踪实验
6.5 机动部署后的三轴跟踪转台指向简化修正实验
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 论文的研究内容和成果总结
7.2 论文的主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粒子群算法的电力电子电路参数辨识方法[J]. 邵力为,王友仁. 机械制造与自动化. 2019(01)
[2]美国战略预警体系发展探析[J]. 刘凤增,肖兵,刘捷,熊春晖. 飞航导弹. 2019(03)
[3]2018年临近空间科学热点回眸[J]. 李智斌,黄宛宁,张钊. 科技导报. 2019(01)
[4]2018年空间科学热点回眸[J]. 吴季,杨帆,张凤,范唯唯,韩淋,王海名. 科技导报. 2019(01)
[5]基于改进粒子群算法的工业过程参数辨识[J]. 冯晨,王明春,张雨飞,段崇崇. 工业控制计算机. 2018(09)
[6]2018年第二季度航天器发射统计[J]. 国际太空. 2018(09)
[7]红外K波段白天探测能力分析验证[J]. 黄智国,王建立,王昊京,李宏壮,殷丽梅. 红外与激光工程. 2018(08)
[8]2018上半年全球发射卫星概况及发展趋势分析[J]. 韩慧鹏. 卫星与网络. 2018(08)
[9]新型光学检测靶标直线运动系统加强组件优化设计[J]. 张绍军,高云国,薛向尧. 红外与激光工程. 2018(06)
[10]北斗卫星系统在空间飞行器天基测控中的应用研究[J]. 刘莉,赵佳媚,王超杰. 计算机测量与控制. 2018(06)
博士论文
[1]空间目标地基红外探测技术研究[D]. 黄智国.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]北斗卫星导航系统精密轨道确定方法研究[D]. 刘伟平.解放军信息工程大学 2014
[3]车载经纬仪自主定位定向技术的研究[D]. 李增.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[4]空间目标白天光电探测技术研究[D]. 王伟国.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[5]地平式光测跟星系统天顶盲区及跟踪算法研究[D]. 吉桐伯.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于改进差分进化算法的汽轮机及其调速系统参数辨识方法研究[D]. 张艺川.东北电力大学 2018
[2]面向空间态势感知图像数据的分布式处理技术研究[D]. 王文瑞.北京交通大学 2018
[3]几类矩阵分解及其应用[D]. 陈文冰.天津工业大学 2018
[4]模糊辨识方法及其应用研究[D]. 郭志勇.大连理工大学 2017
[5]基于轨道动力学的航天器轨道改进方法[D]. 周敬.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[6]智能优化算法在模糊辨识中的应用研究[D]. 刘楠.燕山大学 2017
[7]空间目标监视网的性能分析方法研究[D]. 李曦.北京理工大学 2014
[8]基于偏三轴结构机架的指向误差修正研究[D]. 张玉碟.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[9]航天器轨道确定—卫星坐标的插值与拟合方法[D]. 刘玉胡.西安电子科技大学 2014
[10]北斗卫星导航系统精密定轨定位分析[D]. 许小龙.辽宁工程技术大学 2014
本文编号：3253380
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