視軸穩(wěn)定控制技術(shù)是激光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),該控制技術(shù)目標實現(xiàn)激光通信端機之間建立收發(fā)鏈路并在長時間內(nèi)高精度對準,是實現(xiàn)激光通信的前提條件。但是,在復(fù)雜海況環(huán)境下,艦載激光通信系統(tǒng)受海浪搖擺、船體運動導(dǎo)致的六自由度姿態(tài)擾動及系統(tǒng)內(nèi)部非線性擾動的影響,激光視軸不能穩(wěn)定于目標終端探測器靶面,導(dǎo)致激光通信技術(shù)不能成功實現(xiàn)。對于克服復(fù)雜海況環(huán)境和保證高精度視軸對準指標的雙重要求,傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)不能滿足激光通信視軸對準精度的設(shè)計需要,因此必須研究有效的現(xiàn)代控制方法建立激光通信視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)實現(xiàn)視軸高精度控制。本文從以下四個方面進行研究分析以提高激光視軸的對準精度:其一,研究高精度伺服轉(zhuǎn)臺控制技術(shù),該技術(shù)是實現(xiàn)視軸高精度跟蹤控制的基礎(chǔ)和保證。轉(zhuǎn)臺伺服控制器采用現(xiàn)代控制的設(shè)計思想,將力矩不均、摩擦力、系統(tǒng)參數(shù)攝動等非線性擾動統(tǒng)一歸結(jié)為非線性因素進行理論研究,通過設(shè)計魯棒性強的滑�？刂扑惴▽崿F(xiàn)對非線性擾動的整體抑制,進而保證對伺服轉(zhuǎn)臺的高精度控制。其二,研究海浪及艦船運動姿態(tài)擾動前饋補償技術(shù),該技術(shù)為姿態(tài)擾動一級隔離技術(shù)。本文分別分析海浪導(dǎo)致的船體艏搖、橫搖、縱搖以及艦船前進、橫漂、起伏運動對視軸... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

電磁頻譜示意圖

第1章緒論3圖1.2空間無線激光通信網(wǎng)Figure1.2SpaceWirelessLaserCommunicationNetwork1.1.2艦載激光通信控制技術(shù)概述隨著我國海洋裝備的不斷建設(shè)和發(fā)展，激光通信技術(shù)在艦-艦、艦-島間的應(yīng)用具有迫切的需求和廣闊的應(yīng)用空間，尤其體現(xiàn)在軍事電子、信息對抗領(lǐng)域?qū)哂懈邘�、高速率、防竊聽特點的通信技術(shù)要求[13]。同時，海上激光通信技術(shù)是天地一體信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要組成部分，研究海上艦載激光通信技術(shù)符合時代前進發(fā)展的需求，對激光通信技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，為此，本論文確定了艦載激光通信技術(shù)的研究方向。然而，與星載、地基激光通信技術(shù)不同的是，復(fù)雜的海洋環(huán)境導(dǎo)致艦載激光通信系統(tǒng)面臨著更為嚴峻的技術(shù)難題，其環(huán)境特點可概述為以下兩個方面：1)近海大氣隨機波動導(dǎo)致的大氣湍流效應(yīng)更加明顯，激光在近海環(huán)境中傳輸會有更明顯的光斑閃爍、漂移、散射等現(xiàn)象，進而導(dǎo)致激光通信鏈路功率衰減嚴重，影響通信質(zhì)量，為保證足夠的通信功率，對控制分系統(tǒng)具有更高的視軸對準精度指標要求；2)海上環(huán)境受風(fēng)浪影響，激光通信系統(tǒng)所在的艦船平臺不穩(wěn)定，同時考慮艦船運動的影響，激光通信視軸會受到橫堯縱堯艏堯前進、橫漂、起伏六自由度的姿態(tài)擾動影響[14-16]，姿態(tài)擾動的存在進一步加大了控制系統(tǒng)建立通信鏈路及保證視軸穩(wěn)定性的技術(shù)難度，艦船六自由度運動如圖1.3所示。

艦載激光通信視軸穩(wěn)定控制技術(shù)研究4圖1.3艦船六自由度運動示意圖Figure1.3Six-degreesofFreedomMotionforaMarineVessel此外，激光通信系統(tǒng)內(nèi)部非線性擾動也是制約控制精度提高的關(guān)鍵因素，例如力矩不平衡導(dǎo)致控制系統(tǒng)輸出失調(diào)、機械結(jié)構(gòu)軸系間的摩擦力、電氣非線性噪聲、探測目標成像時間滯后、機械結(jié)構(gòu)運行中溫度變化導(dǎo)致控制系統(tǒng)模型參數(shù)攝動等問題嚴重影響控制系統(tǒng)的動態(tài)性能、精度及穩(wěn)定性。因此，在遠距離、復(fù)雜環(huán)境干擾的海洋環(huán)境及內(nèi)部非線性擾動的影響下，研究有效的控制策略隔離外界環(huán)境姿態(tài)擾動、克服自身非線性因素影響以完成高動態(tài)性能的目標跟蹤并實現(xiàn)微弧度級的視軸對準精度，是艦載激光通信系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題。目前，艦載激光通信系統(tǒng)采用粗、精二級跟蹤技術(shù)，其中粗跟蹤控制系統(tǒng)以伺服轉(zhuǎn)臺為執(zhí)行機構(gòu)，力矩大、視場寬廣，能夠?qū)崿F(xiàn)目標光斑的捕獲、瞄準、跟蹤，是主動隔離外界姿態(tài)擾動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；精跟蹤控制系統(tǒng)以快速反射鏡為執(zhí)行機構(gòu)，視場范圍孝動態(tài)性能好，能進一步提高視軸對準精度，是系統(tǒng)的第二級跟蹤機構(gòu)[17-18]。實際中，艦載環(huán)境對激光通信系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在第一級粗跟蹤控制環(huán)節(jié)，因此，研究粗跟蹤控制方法，在艦載復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)視軸高精度對準是本論文研究的重要內(nèi)容，也是激光通信實現(xiàn)精跟蹤并建立通信鏈路的前提條件。激光通信系統(tǒng)啟動伊始，粗跟蹤控制系統(tǒng)在不確定區(qū)域內(nèi)執(zhí)行螺旋掃描運動，直至發(fā)現(xiàn)目標光斑并進入粗跟蹤視場三分之一時，執(zhí)行粗跟蹤模式，通過轉(zhuǎn)動方位、俯仰結(jié)構(gòu)將目標光斑調(diào)整至視場中心；粗跟蹤視軸一旦穩(wěn)定且對準精度滿足精跟蹤執(zhí)行要求，系統(tǒng)立即將粗跟蹤調(diào)整為精跟蹤，通過控制快速反

【參考文獻】：
期刊論文
[1]“實踐”二十號衛(wèi)星:跨代之作 引領(lǐng)未來[J]. 本刊編輯部.  中國航天. 2020(01)
[2]面向毫米波波束跟蹤的擴展卡爾曼濾波算法研究[J]. 辛鑫,楊焱.  微波學(xué)報. 2019(06)
[3]提高大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)閉環(huán)帶寬的方法[J]. 鄧永停,李洪文,王建立.  紅外與激光工程. 2018(12)
[4]2 m級望遠鏡跟蹤架控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析[J]. 鄧永停,李洪文,陳濤.  光學(xué)精密工程. 2018(03)
[5]基于雙重擴展卡爾曼濾波器的共軸跟蹤技術(shù)研究[J]. 楊宏韜,高慧斌,劉鑫.  紅外與激光工程. 2016(05)
[6]從EDRS看國外空間激光通信發(fā)展[J]. 賈平,李輝.  中國航天. 2016(03)
[7]動基座光電平臺視軸自穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 張玉良,耿天文,劉永凱.  國外電子測量技術(shù). 2015(09)
[8]一點對多點同時空間激光通信光學(xué)跟瞄技術(shù)研究[J]. 姜會林,江倫,宋延嵩,孟立新,付強,胡源,張立中,于笑楠.  中國激光. 2015(04)
[9]基于極大后驗估計的自適應(yīng)容積卡爾曼濾波器[J]. 丁家琳,肖建.  控制與決策. 2014(02)
[10]空間激光通信發(fā)展概述[J]. 吳從均,顏昌翔,高志良.  中國光學(xué). 2013(05)

博士論文
[1]基于信息融合的運動平臺光電跟蹤控制技術(shù)研究[D]. 羅勇.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2019
[2]時間誤差對自由空間光通信影響的分析驗證與補償研究[D]. 李亞添.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2019
[3]大氣激光通信數(shù)字相干探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李學(xué)良.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2018
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光纖陀螺誤差補償和平臺穩(wěn)定控制技術(shù)研究[D]. 崔慧敏.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所 2017
[5]基于多信息源數(shù)據(jù)融合的光電跟蹤系統(tǒng)精度提高方法的研究[D]. 楊宏韜.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2016
[6]4m級望遠鏡主軸交流伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 鄧永停.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2015
[7]近海激光通信大氣影響分析及抑制方法研究[D]. 高世杰.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2015
[8]基于前饋控制的艦載光電跟瞄關(guān)鍵技術(shù)[D]. 呂舒.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
[9]雷達機動目標運動模型與跟蹤算法研究[D]. 劉昌云.西安電子科技大學(xué) 2014
[10]提高艦載光電設(shè)備跟蹤精度的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張艷.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所） 2013

碩士論文
[1]基于能量反饋的單模光纖耦合算法研究[D]. 朱世偉.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2019
[2]基于DPSK調(diào)制與自差平衡探測的無線激光通信系統(tǒng)研究[D]. 丁良.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2019
[3]艦載激光通信終端的視軸穩(wěn)定控制方法研究[D]. 毛昉.重慶理工大學(xué) 2019
[4]針對低慢小目標的激光武器粗瞄控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 李樂.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[5]艦載光電跟蹤視軸穩(wěn)定技術(shù)[D]. 劉翔.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2013
[6]艦載穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]. 張洪亮.南京航空航天大學(xué) 2010
[7]大氣激光通信系統(tǒng)中APT技術(shù)研究[D]. 閆景富.長春理工大學(xué) 2004



本文編號：3304553