摘要：针对空间光通信捕获、跟踪、对准(acquisition,tracking,pointing,ATP)系统的精跟踪单元高度复杂、被控对象参数模型难以精确获得、存在慢变化随机干扰的特点,提出采用自校正PID(proportional,integral and derivative)控制来设计精跟踪的控制器,改善了系统动态性能,增强了系统对不确定因素的适应性。采用遗忘因子递推最小二乘法来进行参数辨识,能在线调整适应对象参数的变化,增强了系统的适应性和鲁棒性。通过仿真验证了算法的控制性能和参数辨识效果,算法的实时性也满足系统设计的要求。给出了ATP精跟踪系统的设计框图,进行了2.3 km的精跟踪实验。实验结果表明精跟踪系统采用自校正PID控制有较好的跟踪精度。

摘要：星间激光通讯中,精跟踪起着十分重要的作用,而精密偏转镜(FSM)是精跟踪系统中最为关键的部件.基于光学矢量反射定律,推导得到了FSM的精确光学特性,这一特性为精跟踪控制系统提供了精确的理论依据.设计了基于FSM精确光学特性的精跟踪控制系统,对系统整定所用的单纯形法进行了两点重要改进,并对所设计的精跟踪系统进行了数字模拟,由此实现了对FSM的精确控制,提高了精跟踪系统的精确性;将光学衍射超分辨原理应用到星间激光通讯中.利用三区位相光瞳滤波器的超分辨性能,改变光学系统的点扩散函数,从而改变接收端焦平面上的光强分布.由此减小接收衍射光斑的大小,提高系统的光学分辨能力,从而提高精跟踪系统的精确性.

摘要：针对输入光束抖动及卫星本体微振动对空间光通信系统跟踪精度的影响,设计了模糊自抗扰控制器,提出了对精跟踪系统进行控制的方法。首先,建立了精跟踪系统模型,对系统内外扰动进行分析,并模拟了卫星振动信号。针对系统自身所受的扰动及输入光信号的不确定性,设计了模糊自抗扰控制器。提出的控制方法通过扩张状态观测器观测卫星本体振动及系统未建模动态,应用微分跟踪器提高系统动态响应性能,并用模糊控制原理改进了非线性状态误差反馈控制律,使其可以自适应调整比例和微分增益。最后进行了实验分析,结果表明:与PID控制方法相比,模糊自抗扰控制方法在不同频率及幅值的输入信号下均能提高系统跟踪精度,跟踪精度可以达到±8μrad,跟踪误差减小了50%左右。该方法基本满足空间光通信精跟踪系统对跟踪速度、跟踪精度及抗干扰能力的要求。

摘要：为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件。

摘要：分析了互补金属氧化物半导体(CMOS)相机作为机载光通信精跟踪系统的位置传感器的优势,采用基于CMOS相机与FPGA研制的精跟踪系统,可实现帧频8 800 Hz的图像采集、数据传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响,给出了对应的数值分析与实验结果。实验结果表明:CMOS相机噪声对光斑坐标x轴、y轴引起坐标的标准差分别为0.291 9像素,0.120 2像素;当相机帧频从2 200 Hz提高到8 800 Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素;外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34-0.71像素。光斑中心算法对跟踪精度影响明显,设计更具针对性的自适应光斑中心算法可以大大改善精跟踪的效果。

摘要：提出了一种适用于星载量子密钥分发的偏振无关精跟踪反射结构,反射结构利用旋光晶体和两面材质相同的反射镜实现偏振态的自动补偿。仿真结果显示,普通的反射镜对于偏振态的影响极大,从量子误码率上来看,折射率为1.52的单面精跟踪反射镜将引入40%左右的误码率。而旋光-双反射结构最大仅引入了0.25%的量子误码率,特别是在零偏转附近的量子误码率趋近于零。

摘要：主要研究空间激光通信系统中精跟踪技术,根据精跟踪系统的组成原理与工作原理,设计了一种轻小型化、智能化精跟踪系统,该系统以FPGA作为核心器件,完成光斑图像采集、图像滤波、光斑位置计算、数字控制补偿函数及脱靶量的实时输出等功能。同时系统可根据外部环境变化,自动调整相机阈值、开窗口位置、积分时间。搭建试验系统完成精跟踪实验,实验表明系统可实现脱靶量实时输出3 000 Hz以上,符合精跟踪控制系统技术指标要求。系统在像元分辨力为3μrad的情况下,实时跟踪均方根值为1.17μrad,满足空间激光通信对精跟踪的要求,为其在空间激光通信中应用打下基础。

摘要：为了解决自由空间光通信对APT系统的高精度高带宽要求,设计研制了一种精跟踪系统。该系统以高帧频CMOS相机为探测机构,以音圈电机驱动的FSM(Fast Steering Mirror)为执行机构,由PC机进行控制和运算。在一维模拟运动平台中进行带粗跟踪的距离为2 km的激光通信实验时运用该系统,当模拟运动平台以不同角速度转动时,粗跟踪会有不同的跟踪残差,该残差以及大气湍流及平台振动引起的光斑抖动均由精跟踪系统来补偿。记录并分析了精跟踪补偿后的相机端光斑质心的变化以及光路中光功率的变化数据,得出结果:精跟踪残差受粗跟踪系统的影响,随模拟运动角速度的增大而增加,在1.2(°)/s时粗精跟踪系统联合能将光斑偏移量的标准差稳定在6μrad以内。

摘要：精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能。针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法。引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强,可有效解决稳定性与准确性的矛盾。实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求。

摘要：设计了一套简便易行的星地光通信中精跟踪演示系统方案,并详细介绍了精跟踪演示系统的组成。跟踪算法采用改进神经网络的PID算法,在线调整网络加权值。最后,针对不同频率的信标抖动进行了跟踪补偿模拟实验,实验结果表明,该精跟踪系统实现了高频信标光抖动跟踪补偿,具有很好的实用性。