CN114050862B - 量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质 - Google Patents

量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质，该方法包括：在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值；本发明根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子，并将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以对谐振频率进行控制，进而抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率。

Description

量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质
技术领域
本发明涉及星地通信技术领域，尤其涉及量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质。
背景技术
量子通信跟踪仪是用于星地间量子通信的地面设备，目前通过机械材料的选取及轻量化结构的设计大大减小了量子通信跟踪仪的重量，更有利于便携，有助于跟踪仪的多地点开展星地量子通信作业，但是这种轻量化设计以降低结构间的刚度为代价，导致量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值过大，限制了量子通信跟踪仪的带宽，从而导致量子通信跟踪仪的跟踪精度下降，量子通信效率降低。
因此，如何抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率，是急需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法、装置、系统与介质，旨在解决如何抑制量子通信跟踪仪的谐振频率，以提高跟踪精度和通信效率的问题。
在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
优选地，将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成控制信号的步骤包括：
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过所述谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合所述比例增益、所述截止频率和所述分数阶微分算子生成第一控制信号。
优选地，基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤包括：
将所述速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值；
根据所述第一控制信号抑制所述速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
优选地，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号的步骤包括：
在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
优选地，基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号的步骤包括：
根据所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息计算出当前位置误差信号；
根据所述当前位置信息计算出当前速度信息，并将所述当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；
根据所述速度控制量和所述当前速度信息计算出速度误差信号。
优选地，基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤之后，包括：
获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
优选地，根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪的步骤包括：
将所述第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，并将所述驱动电压信号输入量子通信跟踪仪中的电机；
通过所述电机基于所述驱动电压信号确定电机转矩，并根据所述电机转矩旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置包括：
确定模块，用于在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；
输入模块，用于将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
进一步地，所述输入模块还用于：
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过所述谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合所述比例增益、所述截止频率和所述分数阶微分算子生成第一控制信号。
进一步地，所述输入模块还用于：
将所述速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值；
根据所述第一控制信号抑制所述速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
进一步地，所述确定模块还用于：
在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
进一步地，所述确定模块还包括计算模块，所述计算模块用于：
根据所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息计算出当前位置误差信号；
根据所述当前位置信息计算出当前速度信息，并将所述当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；
根据所述速度控制量和所述当前速度信息计算出速度误差信号。
进一步地，所述确定模块包括获取模块，所述获取模块用于：
获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
进一步地，所述获取模块还包括跟踪模块，所述跟踪模块用于：
将所述第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，并将所述驱动电压信号输入量子通信跟踪仪中的电机；
通过所述电机基于所述驱动电压信号确定电机转矩，并根据所述电机转矩旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上储存有量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被处理器执行时实现如上所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
本发明提出的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值；本发明根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子，并将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以对谐振频率进行控制，进而抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
图2为本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明量子通信跟踪仪的系统示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
本发明实施例设备可以是PC机或服务器设备。
如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的储存装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机储存介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序。
其中，操作系统是管理和控制便携储存设备与软件资源的程序，支持网络通信模块、用户接口模块、量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序以及其他程序或软件的运行；网络通信模块用于管理和控制网络接口1004；用户接口模块用于管理和控制用户接口1003。
在图1所示的储存设备中，所述储存设备通过处理器1001调用存储器1005中储存的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，并执行下述量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法各个实施例中的操作。
基于上述硬件结构，提出本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法实施例。
参照图2，图2为本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第一实施例的流程示意图，所述方法包括：
步骤S10，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；
步骤S20，将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
本实施例量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法运用于星地通信机构的量子通信跟踪仪中；为描述方便，将量子通信跟踪仪为例进行描述；量子通信跟踪仪在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；量子通信跟踪仪将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合比例增益、截止频率和分数阶微分算子生成第一控制信号；量子通信跟踪仪将速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值，根据第一控制信号抑制速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值。需要说明的是，量子通信跟踪仪是用于星地间量子通信的地面设备，由于卫星是在固定轨道上运动的，因此量子通信跟踪仪需要在移动中对卫星进行跟踪，进而与卫星进行量子通信；量子通信跟踪仪中包括但不限于：位置环控制器、编码器、速度控制器、谐振控制器、逆变器和电机。
本实施例的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于第一控制信号和速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值；本发明根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子，并将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以对谐振频率进行控制，进而抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率。
以下将对各个步骤进行详细说明：
步骤S10，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；
在本实施例中，量子通信跟踪仪在接收到卫星下发的卫星轨道位置信息时，生成跟踪指令，量子通信跟踪仪在检测到跟踪指令时，获取量子通信跟踪仪的当前位置信息，并根据卫星轨道位置信息和当前位置信息确定量子通信跟踪仪的速度误差信息；量子通信跟踪仪同时确定谐振频率的目标幅值，并根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；可以理解的是，速度误差信号是指量子通信跟踪仪在移动时的速度误差信号，谐振频率的目标幅值是量子通信跟踪仪的在工作时需要产生的谐振频率。
步骤S20，将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
在本实施例中，量子通信跟踪仪在确定分数阶微分算子后，将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，谐振控制器根据分数阶微分算子生成第一控制信号，量子通信跟踪仪基于第一控制信号和速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值，可以理解的是，谐振控制器为分数阶谐振控制器，可根据输入的分数阶微分算子控制量子通信跟踪仪基于速度误差信号产生的谐振频率。
具体地，将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成控制信号的步骤包括：
步骤a，将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过所述谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合所述比例增益、所述截止频率和所述分数阶微分算子生成第一控制信号。
在该步骤中，量子通信跟踪仪将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合比例增益、截止频率和分数阶微分算子生成第一控制信号；可以理解的是，比例增益和截止频率可以提前设定在谐振控制器中，也可以通过谐振控制器根据量子通信跟踪仪实际情况确定；
在一实施例中，谐振控制器根据实际情况确定了比例增益和截止频率，量子通信跟踪仪将分数阶微分算子输入谐振控制器，谐振控制器根据比例增益、截止频率和分数阶微分算子生成第一控制信号，具体地，谐振控制器根据以下公式计算出第一控制信号，该公式为：
Figure 860865DEST_PATH_IMAGE001
其中，GFOR(s)代表第一控制信号，j代表量子通信跟踪仪中可能产生的不同的谐振频率，Kr代表比例增益，ωc代表截止频率，s代表频域的复参变量，μ代表分数阶微分算子，μ大于等于0。
具体地，基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤包括：
步骤b，将所述速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值；
在该步骤中，量子通信跟踪仪将速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，速度控制器根据速度误差信号产生谐振频率的当前幅值。
步骤c，根据所述第一控制信号抑制所述速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
在该步骤中，量子通信跟踪仪通过谐振控制器生成的第一控制信号，抑制速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，进而提高谐振频率的当前幅值对应的增益，以将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值。
本实施例的在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，根据谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；量子通信跟踪仪将分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合比例增益、截止频率和分数阶微分算子生成第一控制信号；量子通信跟踪仪将速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值，根据第一控制信号抑制速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值。量子通信跟踪仪通过将分数阶微分算子输入谐振控制器，进而抑制速度控制器产生的谐振频率的当前幅值的幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为谐振频率的目标幅值，抑制了量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，进而提高量子通信跟踪仪的带宽，以提高对卫星的跟踪精度和通信效率。
进一步地，基于本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第一实施例，提出本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第二实施例。
量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的第二实施例与量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的第一实施例的区别在于，在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号的步骤包括：
步骤d，在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
步骤e，基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
在本实施例中，量子通信跟踪仪在接收到跟踪指令时，获取跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；量子通信跟踪仪根据卫星轨道位置信息和当前位置信息计算出当前位置误差信号，根据当前位置信息计算出当前速度信息，并将当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量，根据所速度控制量和当前速度信息计算出速度误差信号。
以下将对各个步骤进行详细说明：
步骤d，在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
在本实施例中，量子通信跟踪仪在检测到跟踪指令时，获取跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；可以理解的是，卫星是沿着轨道在运动，因此量子通信跟踪仪也是在移动的过程中与卫星进行通信，卫星根据预设的时间周期，向量子通信跟踪仪发送卫星轨道位置信息，量子通信跟踪仪也根据预设时间周期，通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息。
步骤e，基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
在本实施例中，量子通信跟踪仪基于卫星轨道位置信息和当前位置信息，确定速度误差信号。
具体地，步骤e包括：
步骤e1，根据所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息计算出当前位置误差信号；
在该步骤中，量子通信跟踪仪根据卫星轨道位置信息和当前位置信息计算出当前位置误差信号；如：量子通信跟踪仪获取到卫星轨道位置信息以及通过编码器获取到当前位置信息后，根据以下公式计算出当前位置误差信号，该公式为：eθ(i)=θref(i)-θm(i),其中，eθ(i)代表第i个时间周期的当前位置误差信号，θref(i)代表第i个时间周期的卫星轨道位置信息，θm(i)代表第i个时间周期的当前位置信息。
步骤e2，根据所述当前位置信息计算出当前速度信息，并将所述当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；
在该步骤中，量子通信跟踪仪根据当前位置信息计算出当前速度信息，并将当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；如：量子通信跟踪仪对当前位置信息进行差分计算得到当前速度信息，该公式为：
Figure 872815DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 541693DEST_PATH_IMAGE003
代表当前位置信息，
Figure 535057DEST_PATH_IMAGE004
代表当前速度信息。
量子通信跟踪仪在计算出当前速度信息后，将当前位置误差信息
Figure 351703DEST_PATH_IMAGE005
输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，位置环控制器对当前位置误差信进行校正得到速度控制量
Figure 88715DEST_PATH_IMAGE006
。
步骤e3，根据所述速度控制量和所述当前速度信息计算出速度误差信号。
在该步骤中，量子通信跟踪仪根据如下公式，通过速度控制量和当前速度信息计算出速度误差信号，该公式为：
Figure 612101DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 41945DEST_PATH_IMAGE008
代表速度误差信号，
Figure 598085DEST_PATH_IMAGE009
代表速度控制量，
Figure 873208DEST_PATH_IMAGE010
代表当前速度信息。
本实施例中的量子通信跟踪仪在接收到跟踪指令时，获取跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；量子通信跟踪仪根据卫星轨道位置信息和当前位置信息计算出当前位置误差信号，根据当前位置信息计算出当前速度信息，并将当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量，根据速度控制量和当前速度信息计算出速度误差信号。有助于抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率。
进一步地，基于本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第一实施例和第二实施例，提出本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法第三实施例。
量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的第三实施例与量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的第一实施例和第二实施例的区别在于，在基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤之后，包括：
步骤f，获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
步骤g，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
在本实施例中，量子通信跟踪仪获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取谐振控制器的第二输出信号；根据第一输出信号、所述第二输出信号和速度误差信号计算出第二控制信号，并根据第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
以下将对各个步骤进行详细说明：
步骤f，获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
在该步骤中，量子通信跟踪仪通过谐振控制器对速度控制器产生的谐振频率进行调整后，获取速度控制器的第一输出信号和谐振控制器的第二输出信号。
步骤g，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
在该步骤中，量子通信跟踪仪根据第一输出信号、第二输出信号和速度误差信号计算出第二控制信号，并根据第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪；如：量子通信跟踪仪根据第一输出信号、第二输出信号和速度误差信号，结合如下公式计算出第二控制信号，该公式为：U(s)=(kp+(ki/s)+GFOR(s))*eω(s)，其中，U(s)代表第二控制信号，kp+(ki/s)代表第一输出信号，kp代表速度控制器中的比例系数，ki代表速度控制器中的积分系数，eω(s)代表第二输出信号，GFOR(s)代表速度误差信号。
进一步地，根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪的步骤包括：
步骤h，将所述第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，并将所述驱动电压信号输入量子通信跟踪仪中的电机；
在该步骤中，量子通信跟踪仪将第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，该驱动电压信号为PWM波，并将所述驱动电压信号即PWM波输入量子通信跟踪仪中的电机。
步骤i，通过所述电机基于所述驱动电压信号确定电机转矩，并根据所述电机转矩旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
在该步骤中，量子通信跟踪仪通过电机基于驱动电压信号即PWM波确定电机转矩，并根据电机转矩带动量子通信跟踪仪轴系旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。如：电机接收到驱动电压信号即PWM波反后，根据电动势系数、电机转矩系数、电机的电感和电阻，计算出电机转矩，根据电机转矩带动量子通信跟踪仪轴系旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
本实施例中的量子通信跟踪仪获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取谐振控制器的第二输出信号；根据第一输出信号、所述第二输出信号和速度误差信号计算出第二控制信号，并根据第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。有助于抑制量子通信跟踪仪的谐振频率的幅值，以提高跟踪精度和通信效率。
在具体实施时，如图3所示，图3为量子通信跟踪仪的系统示意图。
图中，Td为机械谐振引起的扰动，ke为反电动势系数，kt为电机转矩系数，Ls和Rs分别表示电机电感和电阻，J为跟踪仪的总转动惯量，θref为轨道位置信息，kp代表速度控制器中的比例系数，ki代表速度控制器中的积分系数，Te为电机转矩，Kv代表放大系数,Tv为时间常数，量子通信跟踪仪的当前位置信息θm由编码器获得，Speed Loop代表速度数据的通路，Position Loop代表位置数据的通路，当前采样周期的位置误差eθ表示为：eθ(i)=θref(i)-θm(i)
位置误差值eθ经过位置环控制器Gp(s)校正后，得到速度控制量ωref，跟踪仪的当前速度信息ωm(i)由编码器码值经过差分获得，即：
Figure 516679DEST_PATH_IMAGE011
当前采样周期的速度误差eω表示为：eω(i)=ωref(i)-ωm(i) ,速度误差信号作为速度控制器Gs(s)的输入值。将分数阶谐振控制器GFOR(s)嵌入到速度控制器Gs(s)中，从而抑制速度控制量中激起谐振的频率幅值，分数阶谐振控制器输出表示为：U(s)=(kp+(ki/s)+GFOR(s))*eω(s)，式中U(s)经过逆变器Gpwm(s)产生驱动量子通信跟踪仪内部电机的PWM波，逆变器产生的PWM电压信号输入到电机，通过电机的传递函数：1/(Lss+Rs)、以及ke和kt，从而使得电机产生电机转矩Te，带动量子通信跟踪仪轴系旋转，从而实现对卫星轨道位置的高精度跟踪。
由于控制系统带宽设计受机械谐振频率的限制，因此，在分数阶谐振控制器抑制谐振频率的幅值同时，意味着量子通信跟踪仪的控制系统的带宽可以提高，从而提高控制系统响应速度，并减小稳态误差。
本发明还提供一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置。本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置包括：
确定模块，用于在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子；
输入模块，用于将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
进一步地，所述输入模块还用于：
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过所述谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合所述比例增益、所述截止频率和所述分数阶微分算子生成第一控制信号。
进一步地，所述输入模块还用于：
将所述速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值；
根据所述第一控制信号抑制所述速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
进一步地，所述确定模块还用于：
在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
进一步地，所述确定模块还包括计算模块，所述计算模块用于：
根据所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息计算出当前位置误差信号；
根据所述当前位置信息计算出当前速度信息，并将所述当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；
根据所述速度控制量和所述当前速度信息计算出速度误差信号。
进一步地，所述确定模块包括获取模块，所述获取模块用于：
获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
进一步地，所述获取模块还包括跟踪模块，所述跟踪模块用于：
将所述第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，并将所述驱动电压信号输入量子通信跟踪仪中的电机；
通过所述电机基于所述驱动电压信号确定电机转矩，并根据所述电机转矩旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
本发明还提供一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统。
量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
其中，在所述处理器上运行的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被执行时所实现的方法可参照本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法各个实施例，此处不再赘述。
本发明还提供一种计算机可读存储介质。
所述计算机可读存储介质上储存有量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被处理器执行时实现如上所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
其中，在所述处理器上运行的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被执行时所实现的方法可参照本发明量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品储存在如上所述的一个储存介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书与附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法包括如下步骤：
在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子，所述速度误差信号是指量子通信跟踪仪在移动时的速度误差信号；
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
2.如权利要求1所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成控制信号的步骤包括：
将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，通过所述谐振控制器确定比例增益和截止频率，并结合所述比例增益、所述截止频率和所述分数阶微分算子生成第一控制信号。
3.如权利要求1所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤包括：
将所述速度误差信号输入量子通信跟踪仪中的速度控制器中，以产生谐振频率的当前幅值；
根据所述第一控制信号抑制所述速度控制器产生的谐振频率的当前幅值，以将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
4.如权利要求1中所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号的步骤包括：
在检测到跟踪指令时，获取所述跟踪指令中对应的卫星轨道位置信息，并通过量子通信跟踪仪中的编码器获取量子通信跟踪仪的当前位置信息；
基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号。
5.如权利要求4所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述基于所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息，确定速度误差信号的步骤包括：
根据所述卫星轨道位置信息和所述当前位置信息计算出当前位置误差信号；
根据所述当前位置信息计算出当前速度信息，并将所述当前位置误差信号输入量子通信跟踪仪中的位置环控制器，以得到速度控制量；
根据所述速度控制量和所述当前速度信息计算出速度误差信号。
6.如权利要求5所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值的步骤之后，包括：
获取量子通信跟踪仪中的速度控制器的第一输出信号，获取所述谐振控制器的第二输出信号；
根据所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述速度误差信号计算出第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
7.如权利要求6所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法，其特征在于，所述根据所述第二控制信号控制量子通信跟踪仪中的电机对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪的步骤包括：
将所述第二控制信号输入量子通信跟踪仪中的逆变器中，生成驱动电压信号，并将所述驱动电压信号输入量子通信跟踪仪中的电机；
通过所述电机基于所述驱动电压信号确定电机转矩，并根据所述电机转矩旋转，进而对卫星轨道位置信息对应的卫星进行跟踪。
8.一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置，其特征在于，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制装置包括：
确定模块，用于在检测到跟踪指令时，确定速度误差信号和谐振频率的目标幅值，并根据所述谐振频率的目标幅值确定分数阶微分算子，所述速度误差信号是指量子通信跟踪仪在移动时的速度误差信号；
输入模块，用于将所述分数阶微分算子输入量子通信跟踪仪的谐振控制器中，以生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号和所述速度误差信号将谐振频率的当前幅值调整为所述谐振频率的目标幅值。
9.一种量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统，其特征在于，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上储存有量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序，所述量子通信跟踪仪的谐振频率控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的量子通信跟踪仪的谐振频率控制方法的步骤。
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