[发明专利]一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法。

背景技术

目前星载雷达主要采用二维机械机构实时跟踪目标，引导卫星伴飞或者飞行器对接。通常情况下，雷达送给机构的角速度与目标偏离天线法线的远近存在线性关系，这种关系即为雷达误差斜率。在跟踪目标过程中，雷达会连续不断地送角误差信息给机构，长时间跟踪会造成机械活动部件磨损，减少机构使用寿命，机械活动部位频繁抖动会对卫星本体产生扰动力矩，增加卫星姿控负担，影响平台控制精度。

图1为雷达跟踪目标时控制机构示意图，雷达法线方向为OA，目标偏离雷达法线方位为OB，其中OA和OB的夹角为α°。天线背面安装在二维伺服机构上，雷达会控制机构向下转动α°，从而跟踪上目标。

图2是目标偏离角度与角速度线性关系图，X轴代表目标偏离天线法线的大小，Y轴代表雷达送给机构的角速度，角速度越大，说明机构需要更大的驱动力向目标旋转。AB虚线代表它们之间的线性关系，斜率越大说明雷达跟踪控制能力越强，但是目标跟法线的一点偏离就会造成极大的角速度控制机构，引起机构抖动。减小斜率能较少机构的抖动，但是会造成雷达跟不上快速运动的目标。

发明内容

本发明提供的一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，通过非线性的方法实现机构控制的优化，可以有效克服常规机构控制方式的不足，减少机械活动部件的频繁抖动，增加机构使用寿命，在工程上也易于实现，非常适合在引导卫星伴飞和飞行器对接领域使用。

为了达到上述目的，本发明提供一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，该控制方法包含以下步骤：

步骤1、计算停动区角速度阈值；

步骤2、计算角速度；

步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区外，进行步骤6；

步骤4、进行方位维的停动区设置；

步骤5、进行俯仰维的停动区设置；

步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。

所述的步骤1包含以下步骤：

步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内；

步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为0，OA方向即为雷达天线法线方向，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为                                               ，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度；

标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为，大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度对应的角速度测量值为停动区阈值对应的停动区角速度阈值；

分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β_方位阈和俯仰停动区角速度阈值β_俯仰阈。

所述的步骤2中，微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为：X1、X2和X3；

计算送给机构的方位角速度值为：

                        （1）

其中，K为角速度斜率，是一个正值；

计算送给机构的俯仰角速度值为：

                     （2）

其中，K为角速度斜率，是一个正值。

所述的步骤3中，如果方位角速度小于方位停动区阈值β_方位阈，且俯仰角速度β_俯仰小于俯仰停动区阈值β_俯仰阈，那么目标落入停动区使能区域，则进行步骤4，否则，目标落入停动区使能区域之外，进行步骤6。

所述的步骤4中，设置策略为：

                   （3）

其中，K1，K2是缩放系数，满足，其中表示方位上目标偏离法线的角度。

所述的步骤5中，设置策略为：

                  （4）

其中，K1，K2是缩放系数，满足，其中表示俯仰上目标偏离法线的角度。

本发明具有如下优点：