發(fā)布時(shí)間：2021-07-26 23:08

　　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(biāo)實(shí)現(xiàn)激光通信端機(jī)之間建立收發(fā)鏈路并在長時(shí)間內(nèi)高精度對準(zhǔn),是實(shí)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(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的六自由度姿態(tài)擾動(dòng)及系統(tǒng)內(nèi)部非線性擾動(dòng)的影響,激光視軸不能穩(wěn)定于目標(biāo)終端探測器靶面,導(dǎo)致激光通信技術(shù)不能成功實(shí)現(xiàn)。對于克服復(fù)雜海況環(huán)境和保證高精度視軸對準(zhǔn)指標(biāo)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(zhǔn)精度的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)視軸高精度控制。本文從以下四個(gè)方面進(jìn)行研究分析以提高激光視軸的對準(zhǔn)精度:其一,研究高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)控制技術(shù),該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)視軸高精度跟蹤控制的基礎(chǔ)和保證。轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制器采用現(xiàn)代控制的設(shè)計(jì)思想,將力矩不均、摩擦力、系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)等非線性擾動(dòng)統(tǒng)一歸結(jié)為非線性因素進(jìn)行理論研究,通過設(shè)計(jì)魯棒性強(qiáng)的滑�？刂扑惴▽�(shí)現(xiàn)對非線性擾動(dòng)的整體抑制,進(jìn)而保證對伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的高精度控制。其二,研究海浪及艦船運(yùn)動(dòng)姿態(tài)擾動(dòng)前饋補(bǔ)償技術(shù),該技術(shù)為姿態(tài)擾動(dòng)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(jìn)、橫漂、起伏運(yùn)動(dòng)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(jī)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(diǎn)的通信技術(shù)要求[13]。同時(shí)，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(shí)代前進(jìn)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(yán)峻的技術(shù)難題，其環(huán)境特點(diǎn)可概述為以下兩個(gè)方面：1)近海大氣隨機(jī)波動(dòng)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(huì)有更明顯的光斑閃爍、漂移、散射等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致激光通信鏈路功率衰減嚴(yán)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(zhǔn)精度指標(biāo)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(tái)不穩(wěn)定，同時(shí)考慮艦船運(yùn)動(dòng)的影響，激光通信視軸會(huì)受到橫堯縱堯艏堯前進(jìn)、橫漂、起伏六自由度的姿態(tài)擾動(dòng)影響[14-16]，姿態(tài)擾動(dòng)的存在進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)示意圖Figure1.3Six-degreesofFreedomMotionforaMarineVessel此外，激光通信系統(tǒng)內(nèi)部非線性擾動(dòng)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(jī)械結(jié)構(gòu)軸系間的摩擦力、電氣非線性噪聲、探測目標(biāo)成像時(shí)間滯后、機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行中溫度變化導(dǎo)致控制系統(tǒng)模型參數(shù)攝動(dòng)等問題嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、精度及穩(wěn)定性。因此，在遠(yuǎn)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(dòng)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(dòng)、克服自身非線性因素影響以完成高動(dòng)態(tài)性能的目標(biāo)跟蹤并實(shí)現(xiàn)微弧度級的視軸對準(zhǔn)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(tái)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，力矩大、視場寬廣，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)光斑的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤，是主動(dòng)隔離外界姿態(tài)擾動(dòng)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(jī)構(gòu)，視場范圍孝動(dòng)態(tài)性能好，能進(jìn)一步提高視軸對準(zhǔn)精度，是系統(tǒng)的第二級跟蹤機(jī)構(gòu)[17-18]。實(shí)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(shí)現(xiàn)視軸高精度對準(zhǔn)是本論文研究的重要內(nèi)容，也是激光通信實(shí)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(dòng)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(yùn)動(dòng)，直至發(fā)現(xiàn)目標(biāo)光斑并進(jìn)入粗跟蹤視場三分之一時(shí)，執(zhí)行粗跟蹤模式，通過轉(zhuǎn)動(dòng)方位、俯仰結(jié)構(gòu)將目標(biāo)光斑調(diào)整至視場中心；粗跟蹤視軸一旦穩(wěn)定且對準(zhǔn)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(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3304553