一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法
【专利摘要】一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，首先计算停动区角速度阈值和角速度，然后进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行方位维和俯仰维的停动区设置，如果目标位于停动区外，则完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。本发明通过非线性的方法实现机构控制的优化，可以有效克服常规机构控制方式的不足，减少机械活动部件的频繁抖动，增加机构使用寿命，在工程上也易于实现，非常适合在引导卫星伴飞和飞行器对接领域使用。
【专利说明】一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002]目前星载雷达主要采用二维机械机构实时跟踪目标，引导卫星伴飞或者飞行器对接。通常情况下，雷达送给机构的角速度与目标偏离天线法线的远近存在线性关系，这种关系即为雷达误差斜率。在跟踪目标过程中，雷达会连续不断地送角误差信息给机构，长时间跟踪会造成机械活动部件磨损，减少机构使用寿命，机械活动部位频繁抖动会对卫星本体产生扰动力矩，增加卫星姿控负担，影响平台控制精度。
[0003]图1为雷达跟踪目标时控制机构示意图，雷达法线方向为0A，目标偏离雷达法线方位为0B，其中OA和OB的夹角为。天线背面安装在二维伺服机构上，雷达会控制机构向下转动α °，从而跟踪上目标。
[0004]图2是目标偏离角度与角速度线性关系图，X轴代表目标偏离天线法线的大小，Y轴代表雷达送给机构的角速度，角速度越大，说明机构需要更大的驱动力向目标旋转。AB虚线代表它们之间的线性关系，斜率越大说明雷达跟踪控制能力越强，但是目标跟法线的一点偏离就会造成极大的角速度控制机构，引起机构抖动。减小斜率能较少机构的抖动，但是会造成雷达跟不上快速运动的目标。
【发明内容】
[0005]本发明提供的一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，通过非线性的方法实现机构控制的优化，可以有效克服常规机构控制方式的不足，减少机械活动部件的频繁抖动，增加机构使用寿命，在工程上也易于实现，非常适合在引导卫星伴飞和飞行器对接领域使用。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，该控制方法包含以下步骤:
步骤1、计算停动区角速度阈值；
步骤2、计算角速度；
步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区夕卜，进行步骤6;
步骤4、进行方位维的停动区设置；
步骤5、进行俯仰维的停动区设置；
步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。
[0007]所述的步骤I包含以下步骤:
步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内；
步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为O，OA方向即为雷达天线法线方向，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为於，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度Λ ；
标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为⑵，?大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度α对应的角速度测量值声为停动区阈值对应的停动区角速度阈值；
分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β ^^和俯仰停动区角速度阈值β
[0008]所述的步骤2中，微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为:X1、X2和X3 ；
计算送给机构的方位角速度值为:
【权利要求】
1.一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，该控制方法包含以下步骤: 步骤1、计算停动区角速度阈值； 步骤2、计算角速度； 步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区外，进行步骤6; 步骤4、进行方位维的停动区设置； 步骤5、进行俯仰维的停动区设置； 步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。
2.如权利要求1所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤I包含以下步骤: 步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内； 步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为O，OA方向即为雷达天线法线方向 ，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为々，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度& ； 标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为《，?大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度《对应的角速度测量值多为停动区阈值对应的停动区角速度阈值； 分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β ^^和俯仰停动区角速度阈值β
3.如权利要求2所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤2中， 微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为:X1、X2 和 X3 ； 计算送给机构的方位角速度值为: 其中，K为角速度斜率，是一个正值； 计算送给机构的俯仰角速度值为: =kI(2) 其中，K为角速度斜率，是一个正值。
4.如权利要求3所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤3中，如果方位角速度馬e小于方位停动区阈值β ，且俯仰角速度β ?#小于俯仰停动区阈值β ，那么目标落入停动区使能区域，则进行步骤4，否则，目标落入停动区使能区域之外，进行步骤6。
5.如权利要求4所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤4中， 设置策略为:
6.如权利要求5所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤5中， 设置策略为:
【文档编号】G05D1/12GK103472726SQ201310431790
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】邹波, 张衡, 吉峰, 蔡昆, 姚建, 黄惟一 申请人:上海无线电设备研究所