舰船间激光通信系统视轴捕获技术

空间激光通信逐渐成为舰船间通信新型手段,但捕跟问题是舰船间激光通信最大的难点,阐述了舰船间激光通信捕获特点,分析了舰船间激光通信捕获系统的组成、工作原理和捕获策略,并着重研究捕获概率和捕获时间的影响因素,通过理论建模分析,优化捕获系统中的参数,包括捕获概率、捕获不确定区域,以及捕获时间等.结合具体使用器件对捕获系统参数进行了设计,并通过野外舰船间试验对其进行测试,实验结果测试捕获概率优于98%,不确定区域大小为26mrad,捕获时间优于30s.     

光学天线跟踪性能测试方法研究

一对多激光通信组网技术是一种基于光学天线结构的激光通信网络技术,光学天线是一种能够实现对多个目标同时进行捕获、跟踪,并实现一对多通信的关键结构。为了保证组网技术的可靠性,设计了测试光学天线跟踪性能的一整套系统。系统中包含两套目标模拟器结构,以激光信号为目标源提供给光学天线,从而测试光学天线的跟踪性能。根据测试效果及实验数据可判定此测试方法能够达到实用要求。     

激光通信中的伺服控制技术研究与系统特性测试

激光通信终端伺服系统是一种能够实现高精度指向、捕获和跟踪的机构,控制系统的设计与实现将直接影响通信系统的稳定性。针对通信终端的控制技术与伺服系统设计及其性能测试,详细论述了基于永磁同步电机的光端机系统的驱动方式选择以及伺服系统的控制策略。最后,在实验室条件下进行了动态性能测试。实验结果显示,通信终端伺服系统具有较好的速度平稳性与系统控制精度,为光闭环与复合跟踪的实现提供了依据。     

一对多激光通信技术在编队飞行星座中的应用

基于旋转抛物面基底的多反射镜拼接光学天线,提出一种一对二激光通信组网方案,并对系统工作过程进行了分析,对星间激光通信链路进行了功率裕量计算.分析结果表明:一对二激光通信距离达200km,通信速率为2.5Gbps.该方案可为编队飞行星座内通信组网提供了一种新的技术途径.     

基于GPS的星地激光通信捕获对准研究

提出了基于GPS坐标解算实现星地激光通信捕获、跟踪和对准(ATP)初始捕获的方法。星地激光通信信标光跟踪系统通过对地面GPS坐标和卫星坐标的解算,得到地面光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据角度旋转对准信标光,从而将信标光引入粗跟踪CCD的视场。给出了GPS坐标解算算法和信标光方向角度随卫星坐标变化的仿真曲线。用二维电机进行了地面转台的捕获实验,对实验数据进行了捕获精度的分析,结果表明,通过GPS坐标解算能够快速地实现信标光的初始捕获。     

激光通信用潜望式跟瞄转台伺服系统设计

在卫星激光通信的背景下,为了实现潜望式卫星通信终端对大口径地面站发出的目标光束的快速捕获和精确跟踪,需要具有潜望式通信终端伺服系统的跟踪精度高、低速平稳性好的性能。为此,从两个方面来保证潜望式通信终端的跟踪性能,一是设计了基于ARM和FPGA的伺服控制器,建立基础空间矢量控制的三闭环控制策略,二是建立基于潜望式结构的自动跟踪模型。根据永磁同步电机磁场定向控制原理(FOC)和空间矢量控制原理(SVPWM),进行了相关的硬件设计和控制算法设计。另由于潜望式跟踪结构在对目标光束进行跟踪时存在方位轴与俯仰轴的耦合关系,因此需要利用光学矩阵和转轴的旋转矩阵建立潜望式跟踪转台的自动跟踪模型。之后将单轴电机控制系统与自动跟踪模型相结合,实现潜望式通信终端对目标光束的精确跟踪。实验结果证明:本潜望式跟瞄转台伺服控制系统能够满足跟踪精度和低速平稳性的要求,并且根据建立的自动跟踪模型,实现对目标光束的精确跟踪,满足星间激光通信的高精度粗跟踪要求。     

基于QD与MEMS振镜的微纳激光通信终端伺服技术研究

为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪.为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述.搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad.     

周扫式激光通信跟瞄转台设计及分析

为了满足LEO对GEO激光通信任务的初始指向快速捕获(Acquisition)、精确瞄准(pointing)及精密跟踪(Tracking)需求。设计了一种卫星舱外的二维激光通信跟瞄转台。首先,根据通信任务需求,确立跟瞄转台的结构形式;其次,依据精密轴系设计理论完成方位俯仰两轴结构设计,并根据轴承支撑理论对周扫式跟瞄转台进行力学特性分析。分析表明本精密轴系能够在方位和俯仰两轴实现10″的跟踪精度,满足通信需求。最后根据赫兹接触理论计算精密轴系轴承在负载状态下的刚度,通过有限元分析软件分析了跟瞄转台的动态刚度及稳定性。经分析验证跟瞄转台能够承受搭载卫星发射条件要求。     

空间激光通信AOT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪(APT)技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用.提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要指导意义.     

基于ADAMS和Matlab的一对多激光跟踪天线联合仿真

为了研究激光通信跟踪天线的跟踪性能、减小伺服传动误差、提高设计效率,采用ADAMS和Matlab对一对多激光通信跟踪天线的性能进行机－电联合仿真。利用ADAMS搭建动力学模型,Matlab搭建控制系统模型,然后利用控制系统模型和动力学模型组成联合仿真模型,对一对多激光通信跟踪天线进行联合仿真。由一对多激光通信跟踪天线的联合仿真结果可以得出：一对多激光通信跟踪天线具有良好的跟踪性能,系统稳定状态下,跟踪误差小于目标值的0.4%以下。结果表明：建立的联合仿真模型能够精确地反应跟踪天线的跟踪性能,极大地提高了设计效率,减小了伺服传动误差,为原理样机的研制提供了理论依据。     

六自由度摇摆台检测方案设计

针对六自由度摇摆台的定位精度检测问题,设计了一套基于激光跟踪法的检测系统,实现六自由度摇摆台静态线位移与角位移指标的检测。根据六自由度摇摆台的运动姿态及高精度、大范围的运动特性,提出了一种基于激光跟踪法、包含绝对测距法的总体检测方案,并根据检测方案与检测原理运用激光跟踪仪作为检测仪器。然后对检测系统进行误差分析,得出了检测系统误差的最大值为10.27μm。最后对六自由度摇摆台技术指标进行检测,实验结果验证了检测系统的可行性。     

远场16km精跟踪系统实验研究

基于FPGA的精跟踪系统结构和工作原理,跟踪控制采用自适应模糊PID算法,在线实时动态调整PID参数值,在16km的星地光通信的精跟踪系统演示实验中实现了对通信光束功率(1550nm)的稳定,极大地提高了通信中1550nm光功率耦合效率,通过实验数据分析,精跟踪系统的跟踪精度达到了2.4μrad。     

火星探测器对地激光通信相对运动研究与仿真

火星探测是深空探测的一部分,针对环火探测器对地的激光通信系统,为了确定激光链路的传输方向,本文探讨了一种火星探测器对地激光通信相对运动研究与仿真的初步方法,来确定环火探测器相对于地球的一些基本的位置参数。首先根据开普勒定律、卫星的动力学方程与坐标转换原理建立探测器对地的激光通信系统的数学模型,然后通过Matlab进行进一步的计算与仿真,得到了主要参数方位角以及俯仰角的变化范围。本文探讨了相关的坐标系,在此基础上进行了时空基准的转换,最终确定环火探测器对地球的指向角度变化,对环火探测器激光通信系统的设计提供了依据。     

激光跟踪测量系统的建模与仿真

在全面分析了激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上, 建立了系统运动学模型和转镜中心偏移 数学模型。针对以往球坐标激光跟踪测量系统中参考点只能借助于外部具有更高精度的仪器来校正的缺点, 提出 了平面约束自校正方法, 并给出了系统自校正算法。最后对激光跟踪测量系统运动学模型和自校正算法进行了仿 真验证, 结果表明该方法能有效地确定系统实际工作全过程和提高系统跟踪精度与响应速度。     

火控系统高精度激光测距回波模拟器

为了给武器火控系统的脉冲激光测距设备提供高精度和稳定的光激励信号,以便完成实验室条件下的距离性能测试实验,采用ARM9+FPGA嵌入式系统作为控制平台。控制平台的粗定时和精定时两个模块串行工作,精定时模块使用距离门控电路对粗定时的最后一个周期运用游标原理进行细分,实现了武器火控系统高精度的脉冲激光飞行模拟。激光回波模拟器接收到火控系统的触发信号后,能够在规定的时间内返回24.6km距离内的激光回波模拟信号,系统精度可达0.25m。     

基于双目视觉的激光位移传感器标定方法

为了提高激光位移传感器在工业机器人末端坐标系下的标定精度,提出基于双目视觉的激光位移传感器标定方法. 该方法通过双目视觉技术重建激光光束投影在平面上的光斑位置,利用手眼标定参数将光斑位置转换至机器人末端坐标系,同时利用最小二乘方法将光斑拟合成光束直线,获得机器人末端坐标系下的传感器光束方向及零点位置以完成标定. 该方法可同时标定机器人末端上的多个激光位移传感器,无须采用有精度要求的辅助工件标定,具备精度高,鲁棒性强优势. 基于标准球的精度评价实验结果显示,在3倍标准差范围内该方法标定后的激光位移传感器测量精度范围为0.038 6±0.025 8 mm,满足机器人加工要求.     

矿井提升机复合控制系统的仿真分析

为了解决跟踪S型速度曲线的误差问题,分析了矿井提升机控制系统的原理和数学模型及其不能准确跟踪S型速度给定曲线的原因,并提出了相应的解决方案,即采用复合控制策略,在原有系统基础上增加前馈环节。结果表明：此方案可减小甚至消除提升机跟踪S型曲线的误差,提高了系统的控制精度,保证提升机的安全、准确运行。