量子定位系统中捕获与粗跟踪控制的研究

发布时间：2020-05-12 20:38

【摘要】：量子定位是以量子光为信息载体,在量子卫星和地面端之间,通过对纠缠光子对的数据传输及其处理后,获得纠缠光子对传输之间的时间差,对地面端进行定位的一种方法。与传统的全球定位系统相比,量子光的纠缠特性使量子定位系统具有定位精度高、保密性好等优势。然而,不同于传统全球定位系统,量子定位系统在高精度对准和保持链路稳定方面具有更高的要求。因此,高精度对准和保持链路稳定对于量子定位系统设计中显得尤为重要。本论文在完成量子定位系统中信号传输装置的各部件硬件选型的基础上,结合量子定位系统中捕获跟踪瞄准(Acquisition,Tracking and Pointing,ATP)系统捕获和粗跟踪的相关技术,设计出满足粗跟踪性能指标的粗跟踪控制系统,并将整个控制仿真过程及结果集成在图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)中,完成基于MAlTLAB GUI的动画仿真演示平台的设计。本论文的主要研究内容分为以下三个部分:1.对量子定位系统的信号传输装置的组成与选型和其中ATP系统的捕获和粗跟踪技术进行详细的研究。重点分析了捕获阶段中涉及的各种技术和粗跟踪阶段的性能指标,并针对性能指标及其影响因素提供了提高捕获性能的建议。2.对捕获和粗跟踪系统进行了详细设计与研究。运用立体几何的数学知识和空间坐标转换的理论知识,计算得到粗跟踪控制系统期望信号,同时分别对方位轴和俯仰轴的整个捕获和粗跟踪系统进行连续和离散模型的建立,设计了三闭环控制策略以及捕获算法,并通过系统仿真实验,调整和优化了各个闭环回路中的参数,以使其达到粗跟踪的精度要求。在Simulink环境中,对卫星经过地面端(用户)可见区域的四种不同阶段情况下,二维转台的方位轴和俯仰轴分别进行捕获和粗跟踪的仿真实验,验证所设计的控制系统可以达到预期效果,并给出捕获建议。3.设计了基于MATLAB GUI的动画仿真演示平台中的捕获和粗跟踪部分,完成了在6种的初始指向误差和3种开始捕获时刻条件下,ATP系统捕获和粗跟踪部分的仿真。并在卫星工具包(Satellite Tool Kit,STK)软件中对卫星在轨运动进行三维动画仿真,将仿真动画集成在基于MATLAB GUI的动画仿真演示平台中。
【图文】：

逦第２章量子定位系统中光学信号传输系统框架设计逦逡逑量子光进行单光子计数，光延时器可以用来调整接收单光子的时间，分束器的功逡逑能是将一束光线分成两束，，纠缠光子源可以产生纠缠光子对。反射方的光学信号逡逑传输系统为直角反射器和不包括超前瞄准模块的ＡＴＰ系统。直角反射器（ｒｉｇｈｔ逡逑ａｎｇｌｅ邋ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）用来使量子光沿原路返回。逡逑

第２章量子定位系统中光学信号传输系统框架设计大跟踪角加速度由卫星和地面之间相对运动决定；跟踪带宽是衡量制性能，取决于控制系统各环节的频率特性；跟踪视场是跟踪探测跟踪视场要大于初始指向精度，精跟踪视场要大于粗跟踪精度；跟误差的最大值，精跟踪精度为ＡＴＰ系统的最终跟踪精度。逡逑Ｉ逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413;TN918

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本文编号：2660812