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高精度光电编码器信号温度补偿技术研究

【摘要】: 在航天领域中,空间卫星光通信、天基激光武器等空间应用技术是当前世界各发达国家优先发展的空间光电对抗技术,轨道特殊的卫星之间进行精确的捕获、跟踪与瞄准,即快速、精确的PAT技术成为发展这些空间对抗技术的关键技术难题。光电编码器作为卫星光通信终端粗瞄系统的重要组成部分,其性能直接影响着瞄准、捕获、跟踪的效果,而空间温变环境对其特性的影响问题,是卫星光通信研究中所关注的一个重要问题。 本文从发光二极管和光电三极管的温度特性出发,分析了温度对光电编码器中光电发射/接收管的输出特性的影响;指出在空间较大的温变环境中,光栅信号的幅值和直流分量会产生明显的漂移,造成光栅信号质量下降,对AD转换精度、电子学细分误差以及系统的测角精度带来极大的影响;说明了光栅信号的温度补偿对保证光电编码器测角精度的必要性;并提出了一种对光栅信号进行自适应温度补偿的方法,该方法能够有效地消除光栅信号中的直流分量,并将信号幅值稳定在设计值附近。 本文根据自动增益控制的原理,系统地进行了光栅信号自适应温度补偿系统的整体设计,进行了样机的研制,并且搭建了一套完整的硬件验证平台,最后对实验结果进行了分析。实验结果表明,该电路对空间环境温度范围内的光栅信号有良好的补偿效果,可以很好地解决空间较大的温变环境中光栅信号质量下降的问题,保证光电轴角编码器的测角精度。该方法具有精度高、实时性好、稳定性好等优点,在提高光电编码器可靠性、环境适应性方面有极大的现实意义。

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