【摘要】：機載激光通信鏈路建立的前提是通信雙方快速捕獲、實現(xiàn)視軸對準(zhǔn),但是由于機載平臺機動性強、速度快、運動軌跡難以預(yù)測,所以機載激光通信的實現(xiàn)必須建立在捕獲、對準(zhǔn)、跟蹤(APT)的基礎(chǔ)之上。而視軸初始指向作為捕獲中的第一步,是能否成功捕獲、捕獲概率大小以及捕獲時間長短的決定性因素。所以,為了實現(xiàn)粗跟蹤系統(tǒng)高精度的視軸指向,必須在保證視軸穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)通信雙方位置、姿態(tài)信息的實時精確解析,從而為捕獲、對準(zhǔn)和跟蹤提供保障。首先,本文介紹了機載激光通信APT分系統(tǒng)的組成和工作原理,同時分析了機載激光通信的視軸指向誤差影響因素。提出了基于全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的視軸初始指向算法,通過解算GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)實時更新的數(shù)據(jù)得出指向角度,進而控制二維轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動實現(xiàn)通信雙方的視軸指向。并詳細介紹了機載激光通信的視軸指向系統(tǒng)模型。然后,針對機載平臺的非線性振動以及通信終端的相對運動造成視軸穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題,本文設(shè)計了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法以消除機載平臺振動帶來的視軸穩(wěn)定誤差,并詳細分析了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法的組成和工作原理。最后,通過仿真實驗驗證了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法可以消除平臺振動帶來的視軸穩(wěn)定誤差,并且具有較快的響應(yīng)速度和較強的魯棒性。并通過建立模擬實驗系統(tǒng),對基于GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的初始指向技術(shù)在機載激光通信的視軸指向過程中的性能進行了研究,并從指向精度方面對視軸指向算法進行驗證。實驗結(jié)果表明,該視軸指向技術(shù)滿足機載激光通信的視軸指向精度要求,可以實現(xiàn)機載激光通信鏈路的穩(wěn)定建立,驗證了該視軸指向技術(shù)的正確性與穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 2.1 機載激光通信系統(tǒng)由圖 2.1 可知，，機載激光通信系統(tǒng)中 APT 分系統(tǒng)包括輔助捕獲單元、粗跟蹤單、精跟蹤單元、提前量對準(zhǔn)單元和信標(biāo)發(fā)射單元。(1) 輔助捕獲單元快速捕獲的前提條件是把通信雙方的視軸指向捕獲不確定區(qū)域，并獲得兩通信終高精度的三軸位置、姿態(tài)信息，以提供數(shù)據(jù)導(dǎo)引用來實現(xiàn)視軸初始指向。輔助捕獲元的工作過程如下：在得到通信雙方的姿態(tài)信息后，再根據(jù)伺服轉(zhuǎn)臺的安裝零位與學(xué)視軸所在位置，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到此刻視軸的所在指向角度；然后需要精確獲兩通信終端的位置信息，再次經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之后，解算得到實現(xiàn)視軸對準(zhǔn)所需的調(diào)角度，從而控制伺服轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動以完成視軸初始指向，同時并盡可能地減小捕獲不確區(qū)域，以使捕獲時間達到最短，最終實現(xiàn)快速捕獲。因此，輔助捕獲單元主要由精三軸測姿單元、精密位置測量單元和大視場捕獲探測組件組成。(2) 粗跟蹤伺服單元粗跟蹤伺服單元主要包含粗跟蹤探測器、粗跟蹤控制器以及伺服轉(zhuǎn)臺。主要作用

圖 2.2 機載激光通信 APT 分系統(tǒng)工作流程圖 2.2 可知，APT 系統(tǒng)的工作流程分為三個階段：掃描、捕獲、跟蹤跟蹤探測器不斷檢測對方端機發(fā)出的信標(biāo)光，直到發(fā)現(xiàn)對方信標(biāo)光信標(biāo)光的捕獲，然后就會進入跟蹤階段。粗跟蹤單元是通過控制帶來實現(xiàn)對光束的初步跟蹤，并可以初步校正光學(xué)平臺在方位與俯仰，精跟蹤單元通過高分辨率的探測器進一步抑制粗跟蹤殘差，而且立、協(xié)同工作以保證 APT 系統(tǒng)的跟蹤精度。概率、快速捕獲技術(shù)分析獲方式高概率捕獲的前提就是需要保證發(fā)射端的束散角與接收端的視場描方式能夠覆蓋己方的初始捕獲不確定區(qū)域(Field of Uncertai獲不確定區(qū)域是由于通信雙方進行視軸初始對準(zhǔn)時存在一定的偏
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

【參考文獻】

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本文編號：2563064