【摘 要】
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随着我国海军建设的进一步发展,舰艇间单一的无线电通信方式已经无法满足高速性、安全性和可靠性要求。而空间激光通信技术的隐蔽性和不受电磁波干扰等特点非常适用于作为未来舰艇间视距通信的一种强有力手段,是未来发展海-空-天一体化通信组网的强有力保障。本文对舰载激光通信系统的瞄准、捕获和跟踪（PAT）控制算法进行研究,辅助激光通信设备有效建立和保持通信链路。首先,对PAT系统的主要控制流程进行分析,根据两舰
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随着我国海军建设的进一步发展,舰艇间单一的无线电通信方式已经无法满足高速性、安全性和可靠性要求。而空间激光通信技术的隐蔽性和不受电磁波干扰等特点非常适用于作为未来舰艇间视距通信的一种强有力手段,是未来发展海-空-天一体化通信组网的强有力保障。本文对舰载激光通信系统的瞄准、捕获和跟踪（PAT）控制算法进行研究,辅助激光通信设备有效建立和保持通信链路。首先,对PAT系统的主要控制流程进行分析,根据两舰艇的GPS/INS信息,设计视轴初始指向算法,辅助光学天线进行初始位置瞄准。在瞄准基础上,针对舰载激光通信系统应用场景,确定适宜的扫描算法和光束捕获方式。其次,针对跟踪过程中粗跟踪机构与探测器间不断变化的光学传递关系,分析轴系间的耦合效应,通过测试摆镜不同转换角度与光斑移动方位之间的对应关系,获得光学解算模型,提高跟踪过程中光斑误差的位置解算精度。为了实现激光通信链路的高稳定性,本文设计了线性自抗扰粗跟踪算法,该算法可有效抑制系统内外扰动,使光斑始终维持在探测器视场内。本文对跟踪算法的跟踪性能进行仿真,分析不同控制参数对跟踪速度和抗扰性能的影响,在此基础上实现跟踪算法的最优参数调整。最后,搭建了舰载激光通信系统平台,利用六自由度转台模拟舰艇间的相对运动过程,对扫描跟踪算法的执行精度和跟踪性能进行实验验证。在扫描步长300角秒、单点驻留时间0.2s的条件下,螺旋矩形扫描算法的执行精度为±5角秒,满足扫描精度要求。本文设计的线性自抗扰粗跟踪算法在2°/s的匀速直线跟踪过程中,其峰值跟踪误差较PID（Proportional Integral Derivative）控制算法降低了44.24%,跟踪误差标准差降低了25.57%。在转台以振幅0.7°、频率0.1Hz的正弦扰动条件下,线性自抗扰粗跟踪算法的峰值跟踪误差较PID控制算法降低了31.47%,跟踪误差标准差降低了9.59%。实验结果表明,线性自抗扰粗跟踪算法能有效提升舰载激光通信系统的跟踪性能和抗扰能力,更加适用于海上复杂多变的激光通信环境。
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