机载激光通信的视轴指向技术研究

发布时间：2019-11-19 12:02

【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。
【图文】：

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图 2.1 机载激光通信系统由图 2.1 可知，，机载激光通信系统中 APT 分系统包括辅助捕获单元、粗跟踪单、精跟踪单元、提前量对准单元和信标发射单元。(1) 辅助捕获单元快速捕获的前提条件是把通信双方的视轴指向捕获不确定区域，并获得两通信终高精度的三轴位置、姿态信息，以提供数据导引用来实现视轴初始指向。辅助捕获元的工作过程如下：在得到通信双方的姿态信息后，再根据伺服转台的安装零位与学视轴所在位置，经过坐标转换，得到此刻视轴的所在指向角度；然后需要精确获两通信终端的位置信息，再次经过坐标转换之后，解算得到实现视轴对准所需的调角度，从而控制伺服转台转动以完成视轴初始指向，同时并尽可能地减小捕获不确区域，以使捕获时间达到最短，最终实现快速捕获。因此，辅助捕获单元主要由精三轴测姿单元、精密位置测量单元和大视场捕获探测组件组成。(2) 粗跟踪伺服单元粗跟踪伺服单元主要包含粗跟踪探测器、粗跟踪控制器以及伺服转台。主要作用

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图 2.2 机载激光通信 APT 分系统工作流程图 2.2 可知，APT 系统的工作流程分为三个阶段：扫描、捕获、跟踪跟踪探测器不断检测对方端机发出的信标光，直到发现对方信标光信标光的捕获，然后就会进入跟踪阶段。粗跟踪单元是通过控制带来实现对光束的初步跟踪，并可以初步校正光学平台在方位与俯仰，精跟踪单元通过高分辨率的探测器进一步抑制粗跟踪残差，而且立、协同工作以保证 APT 系统的跟踪精度。概率、快速捕获技术分析获方式高概率捕获的前提就是需要保证发射端的束散角与接收端的视场描方式能够覆盖己方的初始捕获不确定区域(Field of Uncertai获不确定区域是由于通信双方进行视轴初始对准时存在一定的偏
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

【参考文献】