摘要: 海量超高速的光通信将成为未来卫星通信星座的技术基础，空间激光通信技术正处在全面工程实现的前夕。空间光束捕获跟踪对准ATP(Acquisition,TrackingandPointing)技术成为空间光通信链路和网络的核心支撑性技术，目前已成为研究、关注的重点。同时，... 展开 海量超高速的光通信将成为未来卫星通信星座的技术基础，空间激光通信技术正处在全面工程实现的前夕。空间光束捕获跟踪对准ATP(Acquisition,TrackingandPointing)技术成为空间光通信链路和网络的核心支撑性技术，目前已成为研究、关注的重点。同时，通信终端的轻型化和小型化、空间链路的可通率和强健性也对ATP技术提出了极高的重量体三积功耗和可靠性指标要求，是空间光通信研究领域所面临的一大挑战。 本文对星间光通信ATP子系统的跟踪控制环路进行研究、分析与设计，在此基础上采用FPGA为主芯片，最终实现了跟踪与对准功能。 本文简要介绍了星间光通信与ATP技术的概念，及其技术发展现状；对ATP子系统中的跟踪控制结构进行了较全面的研究，并确定了PID跟踪控制算法。在此基础上，将ATP跟踪控制子系统视为线性定常系统，通过解析法和实验法对子系统的各个控制环节的单元器件进行合理建模，得出整个环路总的开环及闭环传递函数，论证了本课题所设计的ATP跟踪控制环路的可行性及其视轴输入为斜坡信号时的理论稳态误差。 在系统数学建模的过程中，采用了实验法对部分控制单元的实际特性进行了测试分析得到其数学模型，因此本系统的数学模型更能准确的反映实际跟踪控制系统的动态本质，从而为实际系统的研制提供了合理的理论基础。同时，为了便于系统实现部分的PID参数调整以寻求较为理想的跟踪性能，本文深入分析了PID参数对粗跟踪控制带宽的影响，使实际系统的跟踪控制结构尽可能地得到优化。 本文研究了先进复合PID控制的切换过程与方法，针对跟踪控制回路切换中存在的非线性零漂问题，提出了一种简单有效的积分数值处理方法，对该问题进行了很好的解决。该方法直接用在了本系统的实现过程中，减少了视轴晃动，使跟踪过程更为平稳，最终改善了跟踪性能。 此外，本文还完成了基于FPGA的跟踪控制算法及部分外围接口的软硬件实现及调试，并参与ATP子系统与通信子系统的整机联调，测试结果表明，跟踪精度满足所定要求。 收起