PREF装置是中国科学院新疆理化技术研究所与近代物理研究所联合设计建造的10～60 MeV质子同步加速器，属于国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。针对该装置的扫描磁铁电源输出电流频率200 Hz、跟踪误差小于≤±5×10⁻³的技术要求，采用三组H桥串联拓扑方案，通过移相控制，基于脉宽调制实现技术要求。经仿真与测试结果表明：电源能够输出峰-峰值为±420 A，幅值与频率均连续可调的高精度三角波电流，满足工程应用要求。

介绍了一种基于弹道的多参数光学测量设备跟踪效果评估系统。阐述了目标脱靶量判读原理和判读方式; 设计了跟踪效果评估系统的结构, 包括图像判读模块、跟踪效果评估模块、结果显示模块三部分; 研究确立了目标跟踪效果评估模型, 包括弹道难度、跟踪误差、跟踪平稳程度、设备视场、跟踪时长等五个参数。系统首先对光学测量设备获取的任务视频图像进行判读处理, 然后将判读后的数据传送至跟踪效果评估模块进行处理分析, 根据分析评估模型的得分情况进行跟踪效果评判, 最后进行了系统试验, 试验表明系统能够对跟踪情况进行科学评估。

主要研究了雷达跟踪误差对指令制导系统制导精度的影响。首先对雷达跟踪误差进行建模分析, 建立了引入雷达跟踪误差的指令制导回路模型, 并得到了简化模型的解析解, 根据解析解分析了雷达跟踪误差引起的脱靶量随时间的变化关系; 其次运用伴随法详细研究了复杂的指令制导回路模型, 并通过仿真得到了制导系统中各环节参数取值变化时, 雷达跟踪误差的随机误差引起的脱靶量随时间的变化情况。结果表明: 在一定范围内, 雷达跟踪误差引起的指令制导系统脱靶量随制导时间的增加而增大, 且其系统误差是影响脱靶量的主要因素。

针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点, 建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上, 提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能, 为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明, 与传统控制策略相比, 改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差, 动态跟踪误差由606 μrad降低至13 μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性, 总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。

为了减小X-Y直线电机精密运动平台同步控制的轮廓误差, 提高系统的控制精度, 针对传统交叉耦合控制结构的不足, 提出多电机控制系统的轮廓误差主动补偿结构。首先, 以永磁同步直线电机为例分析单轴伺服定位跟踪误差, 指出跟踪误差和位置参考有关, 结合实际工况中参考指令的扰动, 将耦合补偿量最终统一为参考指令的校正加入到系统中, 提出轮廓误差主动补偿结构, 将轮廓误差补偿量分别补偿到各轴伺服的位置环和速度环, 并通过仿真和实验进行验证。结果表明: 采用主动补偿方法的X-Y两轴运动平台跟踪大曲率复杂轨迹的轮廓误差平均值为20.68 μm; 单轴跟踪误差最大值为70 μm。相比传统交叉耦合控制结构, 主动补偿结构轮廓误差精度提高了15.5%, 同时降低了单轴的跟踪误差, 并能抑制参考指令扰动。

Free-space laser communication is characterized by high communication speed, strong anti-jamming ability, high confidentiality, and flexible configuration. In this paper, a pointing, acquisition, and tracking (PAT) system based on a two-stage (i.e., coarse and fine) composite tracking mechanism is proposed to solve the optical axis alignment problem, which is common in free-space laser communications. The acquisition probability of the PAT system is ensured by designing two tracking modules, a coarse tracking module which combines passive damping with active suppression and a fine tracking module based on an electromagnetic galvanometer. Both modules are combined by using a dynamic scanning mechanism based on the gyroscope signal. Finally, a free-space laser communication test with a long range and a high speed is conducted by two fixed-wing Y12 aircrafts equipped with the proposed PAT system. Experimental results show that the coarse tracking precision of the airborne PAT system is 10μrad (1σ), and the fine tracking precision is 8μrad (1σ) during flights which are much improved as compared with the indoor tests. This indicates that the system can achieve a high precision for PAT during high-speed and long-range laser communications in the free-space. This also verifies the tracking capability and the environmental adaptability of the proposed laser communication PAT system.

针对连续波干扰下传统导航信号的码跟踪性能评估方法不适用于新信号体制下的L1C信号，从其信号体制的角度利用奇偶相关判据，定性分析其码跟踪性能，提出“干扰误差包络”和“平均误差包络”评估方法定量分析了L1C信号在受到连续波干扰时的码跟踪性能。结果表明：L1C信号的码跟踪性能要优于C/A码信号，不同卫星播发信号中，导频信号的码跟踪性能要比数据信号好1~1.3倍(最大能达到1.4倍),个别数据码信号的码跟踪性能要优于导频码信号。

在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而降低,其中当跟踪误差大于12 μrad或湍流强度超过10-16时,混频效率趋近零.建立了大气湍流下带跟踪误差的光混频效率及误码率的数学模型,并计算了不同情况下的混频效率.在跟踪误差小于2 μrad时大气湍流是混频效率的主要影响因素,当跟踪误差继续增大时跟踪误差起主导作用.根据传统相干光通信系统参量取值估算得最大混频效率约为67.8%,当误码率为10-9时系统接收灵敏度为17 photon/bit.

为了实现机载光通信终端小型化、高准确度的要求, 依据机载平台振动功率谱特点设计了以FPGA为核心的小型机载精跟踪光通信终端.分别通过室内模拟跟踪与扰动抑制、远场信标探测与通信评估实验对精跟踪系统的性能进行了验证.分析了精跟踪系统对机载平台振动的抑制效果以及不同湍流强度对跟踪造成的影响.在远场3.4 km进行大气湍流验证实验, 通过角速度模拟了飞机到地面距离20~30 km, 飞行速度700～900 km/h时的通信实验.实验表明, 精跟踪系统对机载平台的振动具有较强的抑制能力, 系统跟踪准确度为3 μrad左右; 精跟踪可以使机载光通信模拟运动时的接收光功率提高4～5.9 dB.系统搭建灵活, 跟踪准确度高.

高性能的速度闭环控制是精密伺服控制系统的关键。针对速度换向时存在较大的换向误差的问题, 提出了将自抗扰控制器用于精密伺服系统速度闭环的控制中。自抗扰控制器能对系统所受到的内扰和外扰进行实时估计, 且不依赖于对象模型。本文基于控制对象的频域特性, 设计了线性自抗扰控制器, 找到了对象参数 b与谐振频率的关系, 并给出了其他参数的整定方法, 为实验中参数调试提供了依据。最后, 在带宽相同的情况下, 将设计好的自抗扰控制器和常规的 PI控制器分别用于速度闭环, 进行了对比实验。结果表明在输入信号为 0.5°和 1.0°时, 自抗扰控制器均能明显减小换向误差, 提高系统跟踪精度。