空间高精度瞄准系统中的视轴自适应稳定方法研究

论文摘要

捕获、跟踪与瞄准(Acquisition, Tracking and Pointing, ATP)系统安装于空间卫星平台上时,卫星平台运动和抖动将会导致ATP系统视轴抖动,降低ATP系统的跟瞄精度,甚至会使ATP系统不能正常工作,必须对振动引起的视轴抖动加以抑制。基于这种需求,本文提出了视轴自适应的稳定方法,此方法基于一个稳定参考光产生装置,此参考装置(IPSRU)可以提供一束稳定于惯性空间的探测光束,用来为ATP系统的视轴提供稳定参考。受国内器件水平的限制,可获得的探测器件的精度较低,频响与国外有很大的差距,这是造成我们在振动抑制方面的研究成果很难达到国际先进的水平的主要原因之一。本文的工作致力于在国内现有器件水平的基础上,设计出一套基于视轴自适应的稳定方法的结构简单、响应速度快、可以有效满足空间瞄准需求的视轴自适应稳定系统。本文首先介绍了视轴自适应稳定系统的关键部件——惯性稳定参考装置。惯性稳定参考装置使用由加速度计和陀螺组成的惯性传感器组来探测频谱较宽的振动信号,采用DSP器件、音圈直线电机、电容式测速装置(获得位移反馈信号),组成一个闭环控制回路。应用自适应滤波的方法,对快速反射镜偏转进行控制,从而使出射的激光束的光轴稳定。其次分析了使用参考光束稳定视轴的方法。本文给出了ATP系统使用LMS算法实现视轴稳定的过程,以及控制通道的误差影响。为消除控制回路中控制通道的影响,本文采用了FLMS算法。并应用直接估计误差技术对控制通道进行辨识的理论,改善了基于在线辨识的误差反馈振动抑制算法性能。本文对上述方法进行了研究,分析了振动抑制能力和实现稳定的方法;最后对视轴自适应稳定系统进行仿真,在不同频率、振幅的振源影响下,对LMS算法抑制效果做出评价,获得了较快的收敛速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 卫星平台ATP系统振动抑制技术发展概况
• 1.2.1 国外卫星平台ATP系统振动抑制技术研究现状
• 1.2.2 国内卫星平台ATP系统振动抑制技术研究现状
• 1.3 视轴自适应稳定方法研究的意义
• 1.3.1 ATP跟瞄精度对系统整体设计的影响分析
• 1.3.2 精跟踪环方法
• 1.3.3 视轴自适应稳定方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 视轴稳定的自适应算法
• 2.1 自适应算法的原理与方法
• 2.2 时域与频域自适应算法的实现
• 2.3 本章小结
• 第3章 卫星平台振动及视轴自适应稳定系统分析
• 3.1 卫星平台振动的来源、特点和模式
• 3.1.1 卫星平台振动的来源
• 3.1.2 卫星平台振动的模式与特点
• 3.2 振动抑制的方法
• 3.2.1 具有视轴稳定参考光装置的卫星平台ATP系统结构
• 3.2.2 视轴自适应稳定系统
• 3.2.3 稳定参考光装置的系统结构
• 3.3 本章小结
• 第4章 实现视轴稳定的方法
• 4.1 视轴自适应稳定系统的结构
• 4.1.1 视轴自适应稳定系统的工作原理
• 4.1.2 稳定参考光获取装置
• 4.1.3 视轴自适应稳定部分
• 4.2 振动信号的采集分析
• 4.2.1 惯性传感器组信号
• 4.2.2 视轴抖动信号获取部分
• 4.3 误差分析
• 4.3.1 惯性传感器误差分析
• 4.3.2 视轴稳定误差分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 视轴自适应稳定方法仿真
• 5.1 系统描述
• 5.2 系统基本模型
• 5.2.1 振源
• 5.2.2 探测模型
• 5.2.3 伺服系统模型
• 5.2.4 算法模型
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.3.1 算法抑制效果评价指标
• 5.3.2 不同振动振幅下的算法性能
• 5.3.3 不同振动频率下的算法性能
• 5.3.4 控制通道在线辨识的仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢