王衛(wèi)兵,王挺峰,郭 勁

(中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所激光與物質相互作用國家重點實驗室,吉林 長春 130033)

星載光電捕獲跟蹤瞄準控制技術分析

王衛(wèi)兵*,王挺峰,郭 勁

(中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所激光與物質相互作用國家重點實驗室,吉林 長春 130033)

本文以天基監(jiān)視為研究背景，主要圍繞星載光電捕獲跟蹤瞄準(ATP)控制技術展開研究，針對衛(wèi)星調姿變軌和跟蹤架轉動的多自由度配合控制過程，依次對天基監(jiān)視物理模型、星載光電ATP控制系統(tǒng)方案和電視跟蹤精度進行了分析。通過分析，不僅對這種多階段多任務多模式切換的ATP控制有了較為清晰的理解，而且對其中所涉及的關鍵技術獲得了較為全面的認識，對星載光電ATP控制系統(tǒng)設計有一定的指導意義。

天基監(jiān)視；星載光電ATP控制系統(tǒng)；衛(wèi)星調姿變軌；光電跟蹤架

1 引言

隨著航天器和有效載荷的發(fā)展，偵察衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、實驗衛(wèi)星、空間站、航天飛機等空間應用系統(tǒng)研究已成為研究的熱點，同時空間存在大量的碎片垃圾。無論出于民用，還是軍用，將類似于地面經緯儀的光學成像跟蹤設備應用在天基探測系統(tǒng)中具有重要價值。在“天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)”(SBSS)、“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”(STSS)、“持續(xù)跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”(PTSS)、天文望遠鏡系統(tǒng)及激光應用系統(tǒng)中，都出現了這種光電跟蹤設備。

對光學成像跟蹤設備而言，光電捕獲跟蹤瞄準(ATP)控制技術是一項系統(tǒng)性技術，對測量、激光等應用系統(tǒng)至關重要。另外，在兩星交會對接的末段過程，常采用光學相機導引方式，但這是一個固連在衛(wèi)星平臺上的靜止測量方式。若將光學相機置于跟蹤架上，同時提高衛(wèi)星機動能力，則可構成一種基于光電跟蹤設備的天基動能追蹤器，其功能類似于彈載光學導引頭的目標追蹤器，只是應用環(huán)境不同而已，且主要包括衛(wèi)星變軌控制、衛(wèi)星調姿控制、光學導引頭軸系轉角控制等環(huán)節(jié)。

因此，研究星載光電ATP控制技術對于天基監(jiān)視、測量、追蹤、激光通信等應用系統(tǒng)具有重要意義。而目前的研究主要集中在激光通信系統(tǒng)中的應用［1-3］，適用于合作目標；只有少量文獻報道在天基監(jiān)視［4-8］、測量、追蹤等系統(tǒng)中的應用，可適用于合作、非合作目標。由于天基監(jiān)視、測量、追蹤系統(tǒng)均有類似的電視成像測量能力，本文主要以天基監(jiān)視為背景，對星載光電ATP控制技術進行了簡要而完整的分析。首先，簡要介紹了天基監(jiān)視物理模型，包括衛(wèi)星平臺、跟蹤轉臺、目標特性；其次，全面分析了星載光電ATP控制系統(tǒng)方案，包括衛(wèi)星變軌調姿控制系統(tǒng)、兩軸跟蹤架轉動控制系統(tǒng)及如何實現快速捕獲、穩(wěn)定跟蹤和精確瞄準控制的工作過程；然后，分析了電視跟蹤過程中的跟蹤精度影響因素；最后，總結了星載光電ATP系統(tǒng)所涉及的關鍵技術。

2 天基監(jiān)視物理模型

天基監(jiān)視系統(tǒng)主要由監(jiān)視衛(wèi)星、星載光電跟蹤設備和輔助測量設備構成。監(jiān)視衛(wèi)星在設計的地球軌道運動，若知道目標運動信息或目標運動區(qū)域時，且當光電跟蹤設備轉動能力受限時，可配合監(jiān)視衛(wèi)星變軌調姿，可通過輔助測量設備解算的數引信息或自主掃描搜索完成目標的快速捕獲過程。當運動目標出現在跟蹤設備的光學成像視場內后，通過圖像處理和目標識別后，切換至電視脫靶量自動穩(wěn)定跟蹤階段。當系統(tǒng)做測量設備用或配合激光應用設備時，可設計相應的跟蹤控制系統(tǒng)方案，以實現視軸的高精度瞄準。如何使星載光電跟蹤系統(tǒng)完成從快速捕獲到穩(wěn)定跟蹤到精確瞄準的過程，是本文研究的重點。

表1 不同軌道高度和不同用途的航天器Tab.1 Different usage of spacecraft in different altitude

2.1 衛(wèi)星平臺

航天器可分為無人航天器和載人航天器，其中衛(wèi)星是一種在空間軌道上環(huán)繞地球運行的無人航天器，其發(fā)射數量占航天器發(fā)射總數的90%以上，按照用途可分為科學衛(wèi)星、技術試驗衛(wèi)星和應用衛(wèi)星［9］。目前繞地球運行的航天器在不同的軌道高度有不同的用途，如表1所示，因此要實現對這些區(qū)域航天器以及空間碎片的監(jiān)視，需要設計其相應軌道附近的天基監(jiān)視衛(wèi)星。美國SBSS設計在太陽同步軌道附近，STSS和PTSS均設計在低軌部分。SBSS系統(tǒng)在軌示意圖如圖1所示。

圖1 天基監(jiān)視衛(wèi)星在軌運行示意圖Fig.1 Skematic diagram of SBSS flying in obits

2.2 跟蹤轉臺

跟蹤架可分為兩軸、三軸、四軸結構，目前由于兩軸式跟蹤架結構簡單，易于控制，應用較為普遍。兩軸式根據跟蹤架結構又可分為地平式和水平式，前者又可分為U型架和T型架，圖1中的SBSS系統(tǒng)采用為地平式U型跟蹤架結構，圖2為水平式跟蹤結構。目前采用U型結構架較多，其中地平式跟蹤時會存在天頂盲區(qū)，水平式跟蹤時可避免天頂盲區(qū)。但是由于機械結構的限位，地平式比水平式的可跟蹤范圍大，前者的外軸系(方位軸)轉動范圍為360°，內軸系(俯仰軸)轉動范圍為180°；而后者的外軸系轉動范圍為180°，內軸系轉動范圍小于180°。SBSS、STSS系統(tǒng)中使用的是U型跟蹤架結構。

2.3 運動信號

假設兩顆共面衛(wèi)星運行軌道不受任何控制力和攝動力，地球為質量均勻的圓球，則兩顆衛(wèi)星的固定橢圓軌道可近似為圓軌道，即對應的兩衛(wèi)星做共面自由圓軌道運行。利用幾何關系對兩共面圓軌衛(wèi)星的相對運動角度計算結果表明，兩星相對運動過程可近似為低速運動過程，即監(jiān)視衛(wèi)星對目標衛(wèi)星的跟蹤過程可等效為低速跟蹤過程。

圖2 水平式兩軸式跟蹤架結構Fig.2 Two-axis tracking frame structure with horizontal style

通過分析，目標衛(wèi)星的攝動和振動對視軸穩(wěn)定的影響可忽略不計，只考慮監(jiān)視衛(wèi)星的攝動和振動對視軸穩(wěn)定的影響。其中低頻攝動信號主要包括地球非球形引力、月球引力、太陽引力、太陽輻射壓力、太陽反照壓力、大氣阻力和地球潮汐力等因素引起的擾動信號，中高頻振動信號主要包括波導開關、推進器動作、太陽能電池組驅動等因素引起的擾動信號，具體形式可用功率譜圖描述［10］。

從信號形式上分析，兩星相對運動信號為高幅低頻形式(包括其他大機動跟蹤目標情況，可用等效正弦信號描述)，星載平臺振動信號為低幅中高頻形式(由于作用距離較遠，考慮到監(jiān)視衛(wèi)星視軸跟蹤目標視線，可忽略目標的攝動振動等擾動影響)。

3 星載光電捕獲跟蹤瞄準（ATP）控制系統(tǒng)

衛(wèi)星整體不僅受地球引力作用而繞地球運動，同時運行軌跡還會受到其他攝動力影響，可用6個根軌道數描述；而且衛(wèi)星自身還可繞內部軸系轉動，同時衛(wèi)星內部一些器件運動會引起平臺振動，可用3個姿態(tài)角描述，固連在衛(wèi)星平臺上的跟蹤架還可繞自身軸系轉動，視軸與內軸系重合，并嵌套于外軸系，可用2個角度脫靶量和2個軸系轉動角度描述。在整個星載光電ATP控制過程中，不僅衛(wèi)星可做調姿變軌運動，而且跟蹤架自身也可實時轉動，這其中每個環(huán)節(jié)的變化都會影響到光學視軸的指向。因此，衛(wèi)星變軌調姿和跟蹤架轉動均可調整光學視軸指向，采取單一方式、或兩者、三者配合方式，在某些條件下均可能實現ATP能力。

從自由度分析角度看，可控自由度越多，工作能力范圍越大，但系統(tǒng)控制難度越大，成本越高。因此，從功耗和控制難易程度講，變軌、調姿和跟蹤架軸系逐漸容易，實際中應該考慮跟蹤架調角、衛(wèi)星調姿、衛(wèi)星變軌的優(yōu)先順序，當跟蹤架轉角進行快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤過程中由于機械結構受限時，需要衛(wèi)星調姿配合，當星載光學系統(tǒng)作用距離受限時，需要衛(wèi)星變軌配合。由此構成的星載ATP控制系統(tǒng)方案如圖3所示，其中針對不同階段性能要求不同，控制系統(tǒng)有所不同，而且不同階段之間過渡時，也存在一個切換過程，因此星載ATP控制系統(tǒng)方案是一種多?？刂品桨?。另外，要成功實現星載ATP功能，需要解算測量信息，獲得視軸指向與目標視線相對夾角，以便指揮控制系統(tǒng)結合星載平臺實際情況判斷采用何種方式(如判斷是否需要衛(wèi)星變軌和調姿等)實現星載ATP能力，而這些解算過程均需要統(tǒng)一標定的坐標體系，如圖4所示。

圖3 星載光電ATP控制系統(tǒng)Fig.3 Opto-electrical ATP control system on satellite

圖4 星載光電ATP控制系統(tǒng)坐標體系Fig.4 Coordinates of opto-electrical ATP control system on satellite

衛(wèi)星調姿變軌控制系統(tǒng)及其敏感器和執(zhí)行器分別如圖5(a)、(b)所示，兩軸跟蹤架控制系統(tǒng)及其測量傳感器和執(zhí)行器分別如圖6(a)、(b)所示。與有刷直流電機相比，雖然無刷直流電機不僅電機內部轉子與定子結構機理不同，而且需要位置傳感器，電子線路較為復雜，但是沒有電刷，不考慮空間環(huán)境下電刷磨損壽命和高真空中電刷易打火引起的電磁干擾問題，且電機內部結構的熱量容易散發(fā)。

圖5 衛(wèi)星調姿變軌控制系統(tǒng)、敏感器和執(zhí)行器Fig.5 Control system，sensors and performers of adjusting posture and changing trajectory of satellite

圖6 兩軸跟蹤架控制系統(tǒng)、測量傳感器和執(zhí)行器Fig.6 Control system，measurement sensors and performers of two-axis tracking frame

要實現快速捕獲，需要設計具有高動態(tài)性能(調節(jié)時間小、超調量低)的控制系統(tǒng)，如最小節(jié)拍組合控制、最小拍紋波控制、時間最優(yōu)控制等；而要實現高精度跟蹤瞄準，需要設計具有高穩(wěn)態(tài)性能(跟蹤誤差小)的控制系統(tǒng)，無論采用何種經典控制方案，如基于信息融合的共軸跟蹤控制、基于慣性陀螺方式的前饋式星載平臺擾動抑制控制、基于復合軸方式的高精度視軸跟蹤瞄準控制等，兩軸跟蹤架基本上采用電流速度位置三閉環(huán)高精度控制系統(tǒng)［11-12］，如圖7所示。其中軸系角度傳感器可采用高分辨率編碼器，電視傳感器可采用可見、紅外探測器，陀螺可采用光纖陀螺，電流探測器可采用霍爾電流元件，驅動電機可采用無刷直流電機。

圖7 單軸系電流速度位置三閉環(huán)高精度控制系統(tǒng)Fig.7 Three closed loop and high precision control system of current，velocity and position for one axis

3.2.1 快速捕獲

數字引導信息捕獲：對于合作目標，可利用雷達探測或衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)獲得的目標信息；對于非合作目標，同樣可通過雷達探測或其他天地測控組合方式獲得的目標信息，將所獲信息通過坐標變換解算為相對視軸指向方位的數字引導信息，使得跟蹤架將目標快速捕獲至視場內，以啟動電視自主閉環(huán)跟蹤過程。從控制學角度理解，快速捕獲本質上是一個階躍響應過程，可用調節(jié)時間和超調量等動態(tài)性能指標來衡量。

自主開環(huán)掃描搜索：若不利用其他測控設備獲得的數引信息，按照預先設計的控制規(guī)律進行，如矩形、螺旋、矩形螺旋等掃描方式［1］，使電視視軸進行自主掃描搜索，一旦目標進入視場，將啟動電視自主跟蹤過程。自主開環(huán)掃描搜索常用在激光通信的初始捕獲過程中。

3.2.2 穩(wěn)定跟蹤

通過上述天基監(jiān)視中運動特性分析，可將攝動和振動導致的衛(wèi)星姿態(tài)變化量作為擾動信息。一般而言，擾動幅度越大，擾動頻率越低。對低幅高頻信號，可采用平臺被動隔振技術；對高幅低中頻信號，可采用主動穩(wěn)定跟蹤控制技術。若是在所設計的伺服跟蹤控制系統(tǒng)帶寬范圍內，可在星載動基座情況下獲得一定的視軸穩(wěn)定度。

(1)基于慣性陀螺方式的穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)

由于高速旋轉陀螺具有保持慣性空間的定軸性、外力矩作用的進動性和動力效應，在車載、艦載、機載、彈載、星載、飛艇等［4-8，13-17］主動穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)中獲得了廣泛應用。這種主動慣性陀螺穩(wěn)定控制方案根據結構不同主要包括平臺式、直接式和捷聯式3種方式。

平臺式陀螺穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)：陀螺位于跟蹤架支撐平臺，敏感外干擾力矩，可獲得跟蹤架支撐平臺的穩(wěn)定驅動信號，但這種方式需要比經緯儀外方位軸的控制力矩更大，系統(tǒng)帶寬更低，無法對高頻信號進行穩(wěn)定補償，故此方式不可取。

直接式陀螺穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)：陀螺位于跟蹤架軸系上，敏感跟蹤架方位俯仰軸系信息，可直接獲得跟蹤架兩軸補償控制信息，目前應用較為普遍。

捷聯式陀螺穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)：陀螺位于衛(wèi)星本體或跟蹤架平臺上，敏感衛(wèi)星姿態(tài)角擾動信息，可間接將陀螺測量信息通過坐標變換解算出相應的跟蹤架兩軸補償控制信息，雖然具有體積、重量、功耗、靈活等方面有點，但對陀螺和算法處理能力要求較高，目前還不成熟。

(2)基于光電復合軸方式的穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)

從物理學角度分析，控制元件質量越重、體積越大，慣性越大，越難控制，導致控制系統(tǒng)帶寬越低；相反，系統(tǒng)帶寬越高。無論采用直接式陀螺穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，還是采用捷聯式陀螺穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，控制元件均為跟蹤架軸系，其質量和體積均受光學系統(tǒng)要求限制，且諧振頻率也受限于機械結構，因此系統(tǒng)速度環(huán)帶寬有限，對星載光電跟蹤的中高頻擾動信號難以抑制，且陀螺存在漂移現象，還需進行標定校準。因此，基于慣性陀螺方式的穩(wěn)定跟蹤控制方案存在一定缺陷。

由于光電成像跟蹤過程的本質是系統(tǒng)對目標相對運動的跟蹤，因此，星載光電跟蹤系統(tǒng)和目標運動特性兩個互相獨立的過程可通過CCD成像過程看成相對運動過程，即穩(wěn)定也是跟蹤。由此可知這種“動中要跟，跟中有擾”的跟蹤輸入信號，將包括各種特性的輸入信號。理論上，只要設計的控制系統(tǒng)性能優(yōu)良，基本可對上述的星載光電跟蹤模型達到滿意的跟蹤精度。目前，基于快反鏡快速精跟蹤的復合軸技術在光電跟蹤系統(tǒng)中得到了很好的應用［1-3，17-18］。其物理思想為：一級經緯儀主系統(tǒng)對相對運動目標大信號進行大視場粗跟蹤，二級快反鏡精跟蹤系統(tǒng)對主系統(tǒng)粗跟蹤殘余誤差信號進行小視場精跟蹤，主系統(tǒng)和子系統(tǒng)均可對俯仰和方位進行跟蹤。根據所用探測器數目可分為單探測器和雙探測器兩種方式，分別如圖8(a)、(b)所示［17-18］。由于前者的主系統(tǒng)與子系統(tǒng)在跟蹤視場切換過程中存在圖像傳感器幀頻變化與目標信息丟失的沖突，雖然可通過預測和智能相機控制技術來改善，但是將對相機性能和控制算法要求很高，使其應用受限。而后者具有對圖像傳感器要求較高。

為了滿足子系統(tǒng)的高帶寬設計，需要高采樣頻率的精跟蹤傳感器，子系統(tǒng)帶寬越高，采樣頻率越高，技術難度越大。為此，國內胡浩軍、劉澤金、馬佳光提出了針對動基座的基于慣性視軸穩(wěn)定器的復合軸跟蹤控制系統(tǒng)方案［17］，并取得了一定實驗效果。

圖8 復合軸控制系統(tǒng)Fig.8 Compound-axis control system

3.2.3 精確瞄準

與紅外電視成像、可見光電視成像相比，激光主動成像技術可實現暗弱背景下目標的高分辨率成像，同時借助于光學系統(tǒng)的激光“貓眼”效應，可增強目標探測概率。另外，利用激光測距獲得目標的相對距離信息，并結合跟蹤脫靶量獲得目標運動的相對角度信息，可獲得空間目標的三維運動軌跡，是一種可行的空間目標定軌技術。因此，激光探測將在天基監(jiān)視中有重要應用。由于激光探測能力受功率、發(fā)散角等因素影響，這要求發(fā)射激光具有指向控制精度限制。

若采用上述復合軸穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)方案，當快反鏡精跟蹤精度滿足激光發(fā)散角要求，則可使發(fā)射激光沿快反鏡逆向照向目標；若采用跟蹤架主系統(tǒng)進行粗跟蹤，當目標始終在主系統(tǒng)光學視場內，且跟蹤脫靶量滿足快反鏡控制范圍時，通過控制快反鏡控制激光光束指向，即使主系統(tǒng)光斑脫靶量與目標脫靶量差值盡可能小，以滿足此時光束指向相對目標視線夾角，或激光光斑跟蹤精度滿足激光發(fā)散角要求，如圖8(c)所示［1］。與上述成像復合軸穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)相比，此激光指向復合軸穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng)的探測器問題可得到解決，因為光斑的質心提取比成像精跟蹤質心或形心較為容易。文獻［1］已對這種潛望式激光通訊型復合軸跟蹤控制系統(tǒng)進行了研究。

4 跟蹤精度分析

由于電視成像跟蹤具有重要應用，電視跟蹤精度是光電跟蹤設備的一項重要性能指標［5，7］。跟蹤精度有時用一段過程的統(tǒng)計均方根來評價，有時用最大偏差來評價。對于星載光電跟蹤瞄準過程，無論采用陀螺穩(wěn)定控制系統(tǒng)還是采用復合軸控制系統(tǒng)，兩軸大體積大慣量跟蹤架主系統(tǒng)的跟蹤精度也是成功實現復合軸控制技術的基礎。

由于整個星載系統(tǒng)的跟蹤精度綜合效果可等效于視軸指向與目標視線的相對夾角，即體現為電視脫靶量跟蹤精度。但是單一的電視脫靶量信息上難以反映兩軸跟蹤架各環(huán)節(jié)的影響，為了較為全面地分析跟蹤精度，其系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)誤差可主要分解為目標信號跟蹤誤差(兩軸跟蹤誤差和平臺擾動抑制誤差)、傳感器采集誤差(CCD特征點提取誤差和編碼器信號采集誤差)、機械軸系誤差(視準軸系、內軸系、外軸系機械誤差)等。目標跟蹤誤差與目標運動特性有關，通常對于確定的伺服系統(tǒng)而言，跟蹤一定機動目標時，可以達到高精度跟蹤，而在跟蹤極低速運動目標時，靜摩擦現象的存在而使跟蹤精度較差，在跟蹤高機動目標時，可能超出伺服系統(tǒng)響應能力而難以跟蹤。

考慮到空間環(huán)境應用，與地面環(huán)境相比，雖然整個跟蹤架的質量未變，但是由于空間微重力(攝動力)的影響使得軸系接觸處的應力分布發(fā)生變化，而使得軸系剛度和軸系誤差發(fā)生變化，空間溫度的變化會影響跟蹤架材料變形，同樣會使得軸系剛度和軸系誤差發(fā)生變化，一般需溫控設備，而剛度的變化將影響到諧振頻率，進而會影響伺服控制系統(tǒng)的跟蹤誤差。另外，輻射環(huán)境和溫度變化對光學材料和電子元件同樣會造成一定影響，進而影響到光學成像脫靶量和傳感器測量信號及伺服電控系統(tǒng)的性能，除了溫控措施外，還需要一定的保護措施。

5 關鍵技術

本文主要研究了天基監(jiān)視中的星載光電ATP控制系統(tǒng)方案，但這是一個系統(tǒng)工程，涉及到光、機、電、算等多學科，包括很多的關鍵技術［1-8］，總結如下：

(1)光、機、電一體化設計：為了對目標進行成像觀測，需要有可調光、調焦和成像能力的光學系統(tǒng)；為了提高系統(tǒng)的機動范圍和諧振頻率，需要對衛(wèi)星本體、光電跟蹤架和輔助設備的機械結構進行合理布局；為了保證系統(tǒng)正常工作，數據流能順利傳輸和計算，需要有可靠的電子學系統(tǒng)；因此優(yōu)良的光機電一體化設計，是實現星載光電ATP控制技術的基礎。

(2)空間環(huán)境中星載設備的保護：由于空間環(huán)境屬于高真空微重力、溫差變化大環(huán)境，且存在大量的太陽、宇宙射線等高能輻射粒子及太空碎片垃圾等危害性物體，將對整個系統(tǒng)性能影響很大。因此對空間特殊環(huán)境而言，不僅需要選取特種材料，還需要采取保護膜、溫控等措施。

(3)傳感器測量信息數據融合：從控制系統(tǒng)原理分析，控制系統(tǒng)輸入信息的準確性對控制效果影響很大。分析可知，星載光電ATP控制系統(tǒng)需要采集多種信息(主要包括目標引導信息、監(jiān)視衛(wèi)星軌跡信息、監(jiān)視衛(wèi)星姿態(tài)信息、跟蹤架軸角信息、CCD圖像信息等)，這些信息可通過相應的測量傳感器來獲取，而且對同一種信息的獲取可能來源于多種測量傳感器，因此需要采用數據融合方式獲得準確有效的信息。

(4)星載光電ATP指揮控制策略：分析可知星載光電ATP控制需根據數據融合的有效信息，結合衛(wèi)星調姿變軌和跟蹤架轉動情況，采取多階段多任務多模式切換控制策略(分析、判斷、決策)，這需要高性能控制算法和主控系統(tǒng)來處理，即需要設計高性能C4ISR自動化指揮系統(tǒng)。

(5)應用系統(tǒng)拓展：一方面，可將光電跟蹤架設計成光電導引頭結構，應用在天基動能追蹤器上(如交會對接過程中)；另一方面，作為一種光電觀測設備，或聯合其它天基、地基測控網，以獲得更全面的空間目標態(tài)勢感知信息。

6 結束語

將類似于地面經緯儀結構的光電跟蹤架應用在衛(wèi)星動基座平臺上對空間運動目標進行天基監(jiān)視、測量、追蹤將成為一個研究熱點。本文以天基監(jiān)視為研究背景，主要圍繞天基監(jiān)視中的星載光電ATP控制技術展開研究。由于實際應用場合不同，衛(wèi)星變軌調姿和跟蹤架轉動側重點不同，從星載光電ATP控制技術分析，衛(wèi)星變軌主要是為了解決作用距離或作用方位不滿足問題，一般應用較少，而衛(wèi)星調姿主要是為了擴大視軸指向范圍(跟蹤架機械結構限制)，一般在變軌、捕獲或過頂跟蹤時配合使用。因此，本文簡要分析了衛(wèi)星變軌調姿控制方案，詳細分析了星載跟蹤架的控制方案，并將二者結合分析了完整的星載ATP控制系統(tǒng)。由此可知，星載光電ATP控制不僅是一個多模切換控制，而且涉及到光機電一體化設計、傳感器測量信息融合、指揮控制決策等關鍵技術，是一項復雜的系統(tǒng)工程。對其所涉及的科學、技術和工程問題，今后須進行更深入系統(tǒng)地研究。

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Analysis for opto-electrical acquisition tracking and pointing control technology on satellite

WANG Wei-bing*，WANG Ting-feng，GUO Jin
(State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter，Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Science，Changchun 130033，China)

In this paper，we take for space-based surveillance as research background，and mainly focus on opto-electrical acquisition tracking and pointing(ATP)control technology.For multi degree of freedom control process including adjusting posture and changing trajectory control of satellite and opto-electrical tracking frame control，physics model of spaced surveillance，opto-electrical ATP control system scheme on satellite and television tracking precision are analyzed respectively.By these analyses，we not only have a clearer understanding of multi stage，multi task and multi mode switching control，but also obtain a more comprehensive understanding of key technologies involved.These analyses have a certain guiding role for design of opto-electrical ATP control system on satellite.

space-based surveillance；opto-electrical acquisition tracking and pointing(ATP)control system on satellite；adjusting posture and changing trajectory of satellite；opto-electrical tracking

V529

A

10.3788/CO.20140706.0879

2095-1531(2014)06-0879-10

王衛(wèi)兵(1986—)，男，陜西楊凌人，碩士，研究實習員，2013年于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所獲得碩士學位，主要從事星載光電跟蹤控制技術與空間目標定軌技術方面的研究。E-mail：wangweibing10@126.com

王挺峰(1977—)，男，山東文登人，博士，研究員，碩士生導師，2005年于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所獲得博士學位，主要從事激光應用技術與光電探測總體技術方面的研究。E-mail：wtfeng@sina.com

郭 勁(1964—)，男，吉林長春人，博士，研究員，博士生導師，2007年于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所獲得博士學位，主要從事光電測控技術與光電總體技術方面的研究。E-mail：guojin1964@126.com

2014-10-15；

2014-11-12

激光與物質相互作用國家重點實驗室基金資助項目(No.SKLLIM0902-01)

*Corresponding author，E-mail：wangweibing10@126.com