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空间激光通信前提是信标光束的精确对准,因此复合轴的跟踪技术是关键,双探测器伺服系统技术成熟,跟踪精度高,应用广泛。相比双探测器型系统,单探测型复合轴伺服系统减少一个光学支路,具有轻小型化等优势,但由于系统存在耦合等难题,应用受到很多限制。本文结合国家背景项目,针对单探测型复合轴伺服系统的耦合问题进行研究,认为单探测型复合轴伺服系统的耦合问题主要由于同一探测器无法同时满足主轴子系统大视场、大动态范围,以及子轴子系统小视场、小动态范围和高帧频所造成的,此时主轴子系统缺少数据源以形成主轴闭环,保证目标稳定在子轴视场范围内。提出了基于典型单探测器复合轴结构的解耦控制方案,采用粗跟踪配合补偿精跟踪偏转量的方法,解决了耦合性问题。粗精复合跟踪时CCD跟踪相机与精跟踪系统形成闭环,CCD将高帧频的图像信息传递给图像处理单元,经图像处理、总控处理后由PZT驱动器控制振镜进行角度偏转,保证目标光斑在相机视场的中心位置,同时通过PZT压电陶瓷驱动器内部的位置传感器,实时检测PZT驱动器的工作状况,通过放大,滤波等处理后结合CCD探测得到的信息一同作为控制输入量传递给主轴系统,以形成主轴闭环,保证目标稳定在子轴视场范围内。为解决主子轴对探测器的不同需求,采用了具有“开窗口”功能的CCD探测器,通过在线设置CCD参数实现不同工作阶段系统对探测器的要求。同时在系统中加入目标预测,并通过Matlab/Simulink对目标预测算法进行建模仿真,验证可行性,保证在视场切换时目标稳定在精跟踪视场内,维持跟踪的稳定。最后搭建实验系统对跟踪性能及指标进行验证,实验结果表明,在±5°@0.1Hz扰动下粗跟踪方位、俯仰跟踪误差均方根分别为296μrad和255μrad,跟踪误差在精跟踪视场之内,系统整体跟踪误差控制在1个像素左右,图像方位跟踪像素误差均方根为0.182,俯仰跟踪像素误差均方根为0.165,结合实际条件知,系统像元角分辨率16μrad,故系统整体跟踪精度优于3μrad,可实现对信标光的精确跟踪,系统稳定,实现解耦。