衛(wèi)星光通信粗瞄掃瞄策略及跟蹤控制研究.pdf

1、世界發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)，在這個(gè)信息的高速發(fā)展的時(shí)代，科技以及社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步使得人們對(duì)于信息容量以及信息傳遞的要求越來(lái)越高，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)通信成為人們追求的目標(biāo)。衛(wèi)星激光通信作為全新的通信模式，在各方面顯示了其在通信中的優(yōu)勢(shì)，所以在激光通信的觀點(diǎn)提出以來(lái)就受到廣泛關(guān)注，成為各國(guó)的重點(diǎn)研究對(duì)象。由于激光自身特點(diǎn)，想要建立激光通信鏈路，就需要捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤(Acquisition、Pointing and Tracking，APT)系統(tǒng)

2、的支持，其中粗瞄子系統(tǒng)就是APT系統(tǒng)非常重要的部分。本論文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)繼“海洋二號(hào)”衛(wèi)星后承接的某型號(hào)衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)為背景，對(duì)粗瞄的掃瞄捕獲策略進(jìn)行深入研究并對(duì)這一過(guò)程的控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析。
　　掃瞄捕獲作為APT系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟，本文首先對(duì)掃瞄捕獲過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)粗瞄系統(tǒng)被控對(duì)象：永磁同步電機(jī)進(jìn)行工作原理以及控制原理分析；針對(duì)永磁同步電機(jī)模型復(fù)雜，參數(shù)強(qiáng)耦合等問(wèn)題，引入三相靜止坐標(biāo)系，兩相靜止坐標(biāo)系，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系這三

3、種坐標(biāo)系對(duì)永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型。同時(shí)考慮到平臺(tái)振動(dòng)對(duì)掃瞄捕獲過(guò)程的影響，對(duì)平臺(tái)振動(dòng)的來(lái)源以及影響進(jìn)行分析，并得出能夠模擬真實(shí)衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)的仿真結(jié)果。
　　其次針對(duì)掃瞄捕獲的三種方案以及兩種捕獲模式進(jìn)行討論，針對(duì)衡量掃瞄策略?xún)?yōu)劣的重要參數(shù)之間的解析關(guān)系進(jìn)行仿真分析，為掃描策略的優(yōu)化提供理論支持。之后列舉了一些常見(jiàn)的掃瞄方式并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了實(shí)現(xiàn)掃瞄捕獲過(guò)程的具體方式。最后針對(duì)螺旋掃瞄進(jìn)行仿真分析，在

4、螺旋掃瞄的基礎(chǔ)上提出了螺旋正弦以及復(fù)合式掃瞄方案，通過(guò)仿真分析，得出相應(yīng)結(jié)論。
　　最后針對(duì)衛(wèi)星光通信粗瞄掃瞄過(guò)程中所涉及到跟蹤控制問(wèn)題，采用了Backstepping控制方法，介紹了Backstepping控制基本原理及控制器設(shè)計(jì)方法、步驟，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的Backstepping控制器。并針對(duì)螺旋正弦掃瞄方式進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析可知，所設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋正弦掃瞄角位置跟蹤并符合工程精度要求；其次，考慮到衛(wèi)星平