浮空光电平台高精度姿态测量技术研究

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1、密级:博士学位论文浮空光电平台高精度姿态测量技术研究作者姓名：袁辉指导教师：刘朝晖研究员学位类别：工学博士学科专业：光学工程研究所：中国科学院西安光学精密机械研究所2015年5月ResearchonFloatingOptoelectronicPlatformHighPrecisionAttitudeMeasurementTechnologyByYuanHuiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEn

2、gineeringXi’anInstituteofOptics&PrecisionMechanics,ChineseAcademyofSciencesMay,2015科研道德声明秉承研究所严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的内容都已给予了明确的注释和致谢。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：知识产权声明本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定，即：研究生在所攻读学位期间论文工作的

3、知识产权单位系中科院西安光学精密机械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；产权单位可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：日期：日期：致谢致谢经过几个月的努力，我的博士毕业论文终于完稿。毕业论文的完成标志着我在西安光机所的学习生活即将结束，也意味着我22年学生生涯的结束。回首在西安光机所的五年，我感慨良深。在西安光机所学习生活期间，

4、我得到了许多老师和同学的关心和帮助。首先，我要对我的导师刘朝晖研究员致以最真挚的感谢。从硕士阶段开始，刘老师就对我的学习和生活给予了极大的帮助。从论文的选题、中期考核、论文研究中遇到的问题的解决以及论文撰写，每一个环节都凝聚着导师的辛劳和汗水。刘老师渊博的学识，严谨的科研态度，兢兢业业的敬业精神，将使我终生受益。能够得到刘老师的指导下完成博士论文研究工作，我甚感荣幸。感谢熊仁生老师、杨晓许老师、刘文老师、刘波老师、李治国老师等在百忙之中对我博士论文的评阅并提出了宝贵的修改意见。感谢研究室的李文华老师、上关爱红老师、谢友金等在我论文研究期间对我论文、实验及生活上的帮助。感谢研究生部的李晋芳老师、

5、赵萍老师、朱家芹老师、张雯老师给我们创造了良好的学习生活环境，保障了为我们的学习科研的顺利进行。感谢研究室的梁冬生、崔凯、曾志红、梅超、姜凯、张惠、付怀洋、王宝峰、刘夫成、李娟、李艳云、任娟、梁元庆、郑小强、周亮、李文豪、秦星、李静、董琪琪、刘嘉真、胡亚斌等同学在我研究生学习期间对我学习生活上的帮助。感谢2010级已经毕业的同学詹振环、邓潺、张坤、黄彪、杨少魁、张新杰、赵相国、侯宝芬等同学，一起学习和生活的日子将永不忘怀。最后，我要衷心的感谢我的家人，他们是我安心学习和工作的强大后盾。感谢父母和含辛茹苦的养育之恩以及对我无微不至的关怀。感谢我的妻子丁希对我学业的大力支持和理解，以及对我生活的悉

6、心照顾。愿所有帮助过我的人都能够健康、平安、幸福、快乐！袁辉2015年5月于西安I摘要摘要以高空气球为载体的临近空间浮空光电探测平台是在临近空间进行天文观测、地球环境观测、空间目标跟踪观测、空间靶场测量的理想平台，具有重大的科学意义和军事应用价值，受到越来越多的国家的重视。光电负载效能的发挥需要稳定的浮空平台姿态，而高精度姿态测量是对浮空平台姿态稳定控制的必要条件。因此，本文将结合空间靶场测量和近地空间目标观测的应用背景，围绕浮空光电探测平台的高精度姿态测量技术展开研究。论文研究了浮空光电平台姿态测量与控制系统的总体技术。结合临近空间靶场测量和近地空间目标观测对浮空光电探测平台指向机构动态特性

7、的要求，设计了一种浮空吊舱和跟踪转台相对独立的结构。一方面隔离了吊舱姿态扰动对跟踪转台指向的扰动，另一方面分离了吊舱姿态与跟踪转台的指向控制，同时满足了浮空光电探测平台对系统动态特性的要求。论文分析了浮空光电平台的运动特性。研究了平流层的大气环境和高空气球的运动规律；结合高空气球的运动特点，详细的分析了浮空吊舱飞行过程中可能出现的旋转和摆动，建立了吊舱姿态变化的运动方程，通过求解运动方程确定了吊舱