空间激光通信ATP系统的快速反射镜模拟驱动技术

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cf1987821
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
空间激光通信系统中,为了解决高带宽、高精度和高稳定性的控制难题,跟踪系统通常采用主从复合轴控制技术来保证ATP(Acquisition,Tracking,Pointing简称ATP)系统的动态跟踪精度。快速反射镜作为精跟踪伺服单元的核心元件,需要具备很高的控制带宽和控制精度来抑制粗跟踪残余误差,保证建立起的激光通信链路稳定、可靠。  文中简要介绍了空间激光通信系统的组成和光电跟踪技术,并结合ATP系统的控制需求,给出了计算快速反射镜偏转范围、分辨精度、谐振频率等指标的方法,详细介绍了压电陶瓷FSM(Fast steering mirror或者Fine steering mirror简称FSM,意为快速反射镜)的分类、组成结构、驱动原理以及其包括蠕变特性、迟滞特性、温度特性在内的非线性特性。  重点介绍了快速反射镜技术和压电陶瓷快速反射镜模拟驱动技术的研究现状,采用的相关技术和达到的水平,列出了一些有代表性的研究成果。针对ATP系统中精跟踪单元的FSM伺服电路的高带宽,高精度的指标要求,分析了现有模拟驱动技术的不足,提出了基于前馈PID(Proportion,Integral,Derivative英文缩写PID)控制的模拟驱动方法。  针对FSM模拟驱动电路的设计难点,本文设计的模拟驱动电路采用FSM内部的应变电阻传感器构成位置闭环控制来修正FSM的非线性误差,采用双T陷波电路来抑制电路中频率和FSM结构谐振频率相等或接近的信号防止谐振。文中详细描述了FSM驱动电路各子单元电路的作用和具体形式,还结合CADENCE电路仿真软件对各子单元电路的关键参数进行了仿真,特别是对容性负载引起的功率放大器工作不稳定问题,提出了采用噪声增益补偿和CF补偿相结合的频率补偿方案,将功率放大电路的相位裕量从-1.8度提高到64度,解决了末端功率放大电路的震荡问题。  针对高带宽微量调节角度的测量,提出了基于高带宽PSD(Position SensitiveDevice简称PSD)的光斑抖动测量方案,以便能够测量0kHz到10kHz范围角度调谐能力,并搭建了相应的实验测量装置,能够测量频率小于13.5K,范围小于3mrad的角度抖动,测量精度1.05μrad。同时也搭建了基于光电自准直仪的光斑位置探测实验装置,用于测量静态或者慢速的角度变化。实验采用自建的测量装置对研制的基于PID控制的模拟驱动电路和前馈PID控制的模拟驱动电路进行了相应的测试和比对,FSM在开环控制下的迟滞回线最大误差占为总行程的11.6%,基于PID控制的模拟驱动电路和前馈PID控制的模拟驱动电路X轴线性度分别为0.53%、0.58%,Y轴线性度分别为0.36%、0.36%;在4mrad的阶跃响应下,基于PID控制的模拟驱动电路上升沿时间约为10ms,基于前馈PID控制的模拟驱动电路上升沿时间约为400μs。采用输入输出对比方法测量了电路的幅频特性和相频特性,前馈PID控制的模拟驱动电路带宽可200Hz,而基于PID控制的模拟驱动电路仅约70Hz~80Hz。测试结果显示文中提到的前馈PID模拟驱动电路具有更好的幅频特性和相频特性,更适合应用于高带宽大角度的角度扫描领域。
其他文献
随着GaN基Ⅲ-Ⅴ族化合物技术的发展和蓝光LED的实现,人们已经可以获得实现白光发光的三基色发光二极管。目前商用白光LED的实现方案主要是通过蓝光LED芯片结合黄光YAG∶ Ce荧
聚合物太阳能电池是一种新型有机薄膜太阳能电池,具有制备工艺简单、成本低廉、重量轻和可制备成柔性器件等诸多优点。近年来受到广泛关注。新型给体/受体光伏材料的合成、光
沥青路面耐久性易受到环境湿度影响,明确气态水在沥青路面中的迁移规律是揭示沥青路面使用寿命破坏机理的重要内容之一。气态水在沥青路面中的传输行为包括吸附/脱附与扩散两
Yb3+离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、高功率激光领域。最新研究发现,Yb∶YAG超快闪烁晶体响应时间达到0.411ns,其超快闪烁响应时间在超
空间天气对人类生产生活的影响日趋明显,而太阳活动是空间天气的源头,通过对太阳活动的监测实现空间天气的预报具有重大意义。太阳大气视向速度场表征了太阳大气的视向运动情况,是太阳活动监测中的重要内容。由于成像视场大、测量时间分辨率高等优势,基于光谱扫描成像原理的太阳大气视向速度场测量方法得到了广泛的应用。其中,具有大视场、高稳定性、技术成熟等优点的Lyot滤光器成为了最主要的光谱扫描成像设备。本文围绕以
学位
学位
随着旅客列车的全面提速,在提速区段运行的25G型(209P转向架)客车的平均运行速度也有了较大幅度的提高,这种转向架的设计结构和检修标准已难以适应持续120km/h速度运行的要求
随着高速电子学技术的发展,高速任意脉冲发生技术日益成熟。本文结合高功率激光装置前端系统在光谱控制方面的应用需求,利用高速任意脉冲发生技术,开展了多程位相调制光谱控制技
近年来,光纤传感器因其在基础科学研究、环境质量监测、生物化学分析以及化工生产等领域的广泛应用而受到广泛关注。与传统的传感器相比,光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁
铁路车号识别系统(Automatic Train Identification System,ATIS)是铁路信息化建设的一个基础信息系统工程,该系统实现对局管内的列车、车辆、机车动态追踪管理和车号数据资