空間衛(wèi)星激光通信精瞄微定位系統(tǒng)的設計和研究.pdf

1、APT技術是中繼衛(wèi)星間鏈路技術中最核心的技術之一，分為捕獲，瞄準，跟蹤三個部分。在這個方面我國和國外比存在著很大的差距，這個差距是由于我國開始研究激光鏈路技術比較遲，很多研究還都處于低水平的仿真仿真驗證或者是一些關鍵技術的驗證，同時也包括一些方法上的研究。而精瞄技術在瞄準和跟蹤方面起到至關重要的作用，精瞄技術水平的高低是直接關系到星間鏈路穩(wěn)定的好壞以及通信能否正常的關鍵，現(xiàn)在不論是國外還是國內(nèi)都有大量的學者都在努力研究精瞄技術，因此對精

2、瞄技術進行深入的研究非常有必要。
　　精瞄微定位系統(tǒng)屬于高精密高頻響系統(tǒng)，需要有很高的精確度以及很高的控制頻率和響應速度。本文通過對精瞄偏轉(zhuǎn)鏡（FSM）及其功能進行詳細介紹，闡述其在APT系統(tǒng)中的工作過程。在此基礎上，文章對精瞄微定位系統(tǒng)設計進行了詳細的介紹，精瞄微定位系統(tǒng)包括上位機，硬件電路，軟件程序，精瞄偏轉(zhuǎn)鏡。精瞄微定位系統(tǒng)上位機是用LABVIEW軟件設計，硬件電路設計部分重點對壓電陶瓷驅(qū)動模塊和位置檢測模塊進行了介紹，壓電

3、陶瓷驅(qū)動模塊的好壞直接關系到壓電陶瓷能否正常工作以及快速充放電，位置檢測模塊的功能是檢測從壓電陶瓷內(nèi)電阻式應變片組成的差動電橋電路反饋回的微弱電壓信號。文章將對精瞄偏轉(zhuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)，工作原理進行細致的講解，并計算壓電陶瓷的工作諧振頻率，為后面的控制做準備。對于壓電陶瓷的遲滯，蠕變和受溫度影響大等非線性特性，本文對壓電陶瓷的遲滯曲線進行了數(shù)學建模，通過擬合遲滯曲線的方式建立起了模型，并通過壓電陶瓷的模型預測作為控制系統(tǒng)的前饋控制，以此來消除遲

4、滯非線性帶來的誤差，同時也對蠕變特性進行了建模。然后本文對精瞄微定位系統(tǒng)的控制算法進行詳細的描述，通過比較一般的控制算法包括簡單閉環(huán)控制和PID控制，提出了一種基于壓電陶瓷模型預測前饋的分段變速積分增量式PID控制算法。文章最后通過建立MATLAB模型仿真和采用實物驗證的方式共同驗證了本文提出的基于壓電陶瓷模型預測前饋的分段變速積分增量式PID控制算法在控制由壓電陶瓷制動器驅(qū)動FSM方面的優(yōu)越性。
　　精瞄技術是星間鏈路通信技術的