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高精度皮爾茲PILZ光電編碼器信號溫度補償
在航天領(lǐng)域中，空間衛(wèi)星光通信、天基激光武器等空間應(yīng)用技術(shù)是當(dāng)前世界各發(fā)達(dá)國家優(yōu)先發(fā)展的空間光電對抗技術(shù)，軌道特殊的衛(wèi)星之間進(jìn)行精確的捕獲、跟蹤與瞄準(zhǔn)，即快速、精確的PAT技術(shù)成為發(fā)展這些空間對抗技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)難題。

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PILZ光電編碼器作為衛(wèi)星光通信終端粗瞄系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響著瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤的效果，而空間溫變環(huán)境對其特性的影響問題，是衛(wèi)星光通信研究中所關(guān)注的一個重要問題。從發(fā)光二極管和光電三極管的溫度特性出發(fā)，分析了溫度對PILZ光電編碼器中光電發(fā)射/接收管的輸出特性的影響；指出在空間較大的溫變環(huán)境中，光柵信號的幅值和直流分量會產(chǎn)生明顯的漂移，造成光柵信號質(zhì)量下降，對AD轉(zhuǎn)換精度、電子學(xué)細(xì)分誤差以及系統(tǒng)的測角精度帶來極大的影響；說明了光柵信號的溫度補償對保證PILZ光電編碼器測角精度的必要性；并提出了一種對光柵信號進(jìn)行自適應(yīng)溫度補償?shù)姆椒?，該方法能夠有效地消除光柵信號中的直流分量，并將信號幅值穩(wěn)定在設(shè)計值附近。根據(jù)自動增益控制的原理，系統(tǒng)地進(jìn)行了光柵信號自適應(yīng)溫度補償系統(tǒng)的整體設(shè)計，進(jìn)行了樣機的研制，并且搭建了一套完整的硬件驗證平臺，zui后對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析?；赑ILZ光電編碼器的多種測速原理，將變M/T法建立在虛擬平臺的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的連續(xù)測量，并提出了提高編碼器測速精度的新方法。首先，分析比較了M法、變M法、T法及變M/T法的差異。在此基礎(chǔ)上，對于高分辨率編碼器，以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，基于NI采集設(shè)備和PCB激光轉(zhuǎn)速計，建立了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)；該系統(tǒng)能連續(xù)采集所需的高頻脈沖，且設(shè)備每轉(zhuǎn)一圈PCB激光轉(zhuǎn)速計都能計算出一個轉(zhuǎn)速值。然后，根據(jù)變M/T法原理通過MATLAB計算得到轉(zhuǎn)速值，并反饋到LabVIEW軟件中實時顯示轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化。氣壓是評價大氣環(huán)境變化的關(guān)鍵性參數(shù)。為提高傳統(tǒng)硅壓阻式氣壓測量系統(tǒng)的精度，研究并實現(xiàn)了一種基于MEMS氣壓傳感器陣列式測量和粒子群優(yōu)化（PSO）反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合處理的高精度數(shù)字氣壓變送器，給出了相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計，并通過STM32平臺對μC/OS-Ⅱ與μC/GUI進(jìn)行了整合移植和顯示優(yōu)化。結(jié)合實驗測量數(shù)據(jù)，從非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差及其整體精度等方面對PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在硅壓阻式氣壓測量系統(tǒng)中應(yīng)用的性能進(jìn)行了研究與分析。研究結(jié)果表明，在-20℃~60℃的溫度范圍內(nèi)，研制的低成本嵌入式硅壓阻氣壓變送器的整體測量精度約為±0.095%FS,基本滿足大氣探測應(yīng)用的要求。zui后，基于此轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，以PCB激光轉(zhuǎn)速計測得轉(zhuǎn)速值作為標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速值，將變M/T法測得轉(zhuǎn)速值與標(biāo)準(zhǔn)值做誤差比較。通過實驗研究分析可知：經(jīng)過對PILZ光電編碼器進(jìn)行對中安裝后，編碼器測速精度明顯得到了提高。

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實驗結(jié)果表明，該電路對空間環(huán)境溫度范圍內(nèi)的光柵信號有良好的補償效果，可以很好地解決空間較大的溫變環(huán)境中光柵信號質(zhì)量下降的問題，保證光電軸角編碼器的測角精度。該方法具有精度高、實時性好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在提高PILZ光電編碼器可靠性、環(huán)境適應(yīng)性方面有極大的現(xiàn)實意義。