[发明专利]一种卫星激光通信复合轴跟踪解耦控制系统及方法

说明书

一种卫星激光通信复合轴跟踪解耦控制系统及方法，属于通信领域，本发明为解决单探测器跟踪系统采用常规解耦控制方式不能满足在轨状态的实时稳定跟踪的问题。本发明包括捕获探测单元：用于捕获对方发射信标光；粗瞄跟踪单元：用于接收捕获探测单元的补偿量来驱动粗瞄执行机构进行粗跟踪；还用于接收神经网络自适应模型输出的前馈控制量进一步跟踪调节实现稳定跟踪；精瞄跟踪单元：用于驱动精瞄执行机构根据捕获探测单元的补偿量进行精跟踪；神经网络自适应模型：将粗瞄执行机构的位置偏差、速度信息以及精瞄执行机构的位置偏差、偏转速度作为模型输入量，输出前馈控制量给粗瞄跟踪单元。

技术领域

本发明涉及激光通信的解耦技术，属于通信领域。

背景技术

近年来中国在航天领域的探索逐渐深入并取得了丰硕成果，深空探测作为未来五年的主要任务之一，尤为受到重视。激光通信由于其通信速率快、体积小、重量轻、保密性高等优点，为月地以及未来的火星与地球通信提供了一种可行性方案。然而激光通信对跟踪性能的要求很高，跟踪不稳定将造成通信误码率增加甚至通信中断，常规的控制系统很难满足其控制需求。现如今的激光通信终端多数采用复合轴式的结构，即利用电机带动机械轴转动作为粗跟踪单元，电机常采用机电时间常数小、线性度好、控制精度高的伺服电机，利用压电陶瓷的高精度快速偏转带动反射镜作为精跟踪单元，完成接收光路的快速精确调整。精瞄控制单元需要搭载粗跟踪单元上，这样才可以充分利用粗跟踪的大视域、大动态范围完成捕获及粗跟踪过程，同时通过粗跟踪单元可以吸收大部分的低频干扰。在采用双探测器时，精跟踪单元只需要分别对粗瞄控制单元的残差和卫星平台的高频振动进行补偿。

虽然双探测器跟踪精度优于单探测器跟踪精度，但单探测器可以降低系统的视轴偏差，在装配方面也大大降低难度，由于单探测器系统减少一条光路，便于实现轻小化、便携式，因此也是必然发展趋势。在采用单探测器跟踪时，由于粗、精单元皆以单一探测器作为目标误差反馈，造成的严重耦合很容易打破稳定的跟踪状态，从而造成通信链路的中断。因此复合控制最大的难题就是解耦的问题，常规的解耦方式是根据精瞄镜的位置反馈来给电机一个相反控制量，从而弥补精瞄镜因为偏转范围不足造成的系统跟踪性能下降。采用常规的控制方式需要精确的系统模型，并且对控制频率有严格匹配要求，而在实际工作过程中，系统的模型是非线性的，同时存在不可预知的扰动，所以严格按照系统模型的解耦控制方式不能满足在轨状态的实时稳定跟踪。

发明内容

本发明目的是为了解决单探测器跟踪系统采用常规解耦控制方式不能满足在轨状态的实时稳定跟踪的问题，提供了一种卫星激光通信复合轴跟踪解耦控制系统及方法。

本发明所述一种卫星激光通信复合轴跟踪解耦控制系统包括捕获探测单元1、粗瞄跟踪单元2、精瞄跟踪单元3、神经网络自适应模型4、粗瞄执行机构5和精瞄执行机构6；

捕获探测单元1：用于捕获对方发射信标光，粗跟踪时，切换至大视场、低帧频状态，并输出补偿量给粗瞄跟踪单元2，进而控制粗瞄执行机构5跟随光斑转动；精跟踪时，切换至小视场、高帧频状态，输出补偿量给精瞄跟踪单元3，进而控制精瞄执行机构6跟随光斑转动；

粗瞄跟踪单元2：用于接收捕获探测单元1的补偿量来驱动粗瞄执行机构5进行粗跟踪；还用于接收神经网络自适应模型4输出的前馈控制量进一步跟踪调节实现稳定跟踪；

精瞄跟踪单元3：用于驱动精瞄执行机构6根据捕获探测单元1的补偿量进行精跟踪；

神经网络自适应模型4：将粗瞄执行机构5的位置偏差、速度信息以及精瞄执行机构6的位置偏差、偏转速度作为模型输入量，输出前馈控制量给粗瞄跟踪单元2。

优选地，捕获探测单元1采用CCD作为探测器。

优选地，粗瞄跟踪单元2、精瞄跟踪单元3和神经网络自适应模型4在DSP控制器中构建。

优选地，粗瞄执行机构5采用伺服电机，精瞄执行机构6采用内置应变片传感器的压电陶瓷。