激光星間通信終端精瞄微定位系統(tǒng)關鍵技術的研究.pdf

1、微定位系統(tǒng)是當今科學研究和工程應用領域的熱點。微定位系統(tǒng)應用領域主要有光學工程、微機械裝配、精密檢測、納米科學研究、醫(yī)療科學與生物工程、半導體工業(yè)、航天航空等領域。
　　激光星間通信是以激光為傳輸媒介，在衛(wèi)星之間建立光通信鏈路，實現(xiàn)數據傳輸的技術。在激光星間通信系統(tǒng)中，APT技術是最為關鍵的技術之一，而在APT系統(tǒng)中，精瞄微定位技術是最為關鍵的技術之一，它直接決定了通信鏈路能否建立以及通信系統(tǒng)的性能。
　　本課題為國家863

2、計劃701主題資助項目的子課題，在全面分析國內外激光通信和精瞄微定位技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，對激光星間通信精瞄微定位系統(tǒng)中的關鍵技術進行了研究，研究內容包括精瞄偏轉鏡結構設計、柔性環(huán)剛度模型的建立、精瞄偏轉鏡動力學建模與有限元分析、精瞄微定位驅動技術、微位移檢測技術和智能控制方法等方面，并建立了精瞄微定位實驗系統(tǒng)，進行了相關實驗研究。
　　首先在分析APT系統(tǒng)工作原理的基礎上，提出采用復合軸控制結構執(zhí)行激光通信的捕獲、瞄準和跟蹤任務

3、。分析在捕獲、瞄準和跟蹤的不同階段粗瞄準系統(tǒng)和精瞄微定位系統(tǒng)的協(xié)作方式，得出精瞄微定位系統(tǒng)的設計準則和技術指標要求。精瞄偏轉鏡是精瞄微定位系統(tǒng)的核心部件，通過精瞄偏轉鏡的偏轉運動完成光路的調整。精瞄偏轉鏡采用四支壓電陶瓷致動器驅動、鉸鏈傳動，通過柔性環(huán)的彈性變形實現(xiàn)激光反射鏡面的偏轉運動。該機構結構緊湊，由一整塊合金鋼通過電火花線切割工藝加工出鉸鏈和柔性環(huán)，提供了傳動的零摩擦、零間隙和高精度。
　　通過結構力學分析，建立了精瞄偏轉

4、鏡柔性環(huán)的剛度模型。通過矩陣位移法先得到1/8段柔性環(huán)的剛度矩陣，然后將單元剛度矩陣組集成總剛度矩陣。在此基礎上，依據拉格朗日方程建立了精瞄偏轉鏡的動力學模型，分別得到了精瞄偏轉鏡沿Z軸平動和繞X、Y軸偏轉的表達式，求出了精瞄偏轉鏡的前三階固有頻率。同時進行了精瞄偏轉鏡的模態(tài)分析和固有頻率實驗測試，通過三種方法得出的同階固有頻率數值誤差小于10％，模態(tài)分析和實驗測試驗證了理論模型的正確性，表明精瞄偏轉鏡的動態(tài)性能指標滿足設計要求。

5、>　　對精瞄微定位的驅動、檢測和控制方法進行了研究，設計了精瞄微定位控制系統(tǒng)的驅動、檢測和控制電路，并針對驅動電路的動、靜態(tài)性能進行了測試研究，對檢測電路進行了標定實驗。
　　進行了精瞄微定位控制方法研究。推導出壓電陶瓷致動器從電壓輸入到驅動機構產生位移的開環(huán)傳遞函數；搭建了精瞄微定位系統(tǒng)，分別采用數字PID控制方法和模糊自整定PID控制方法進行研究，通過SIMULINK仿真證明本課題設計的模糊自整定PID控制器具有較小的超調量和