空间碎片目标跟踪与瞄准的束流控制系统

空间碎片目标跟踪、瞄准与束流控制系统主要包括目标跟踪、瞄准系统与电子束流发射方向控制系统两大部分。碎片目标跟踪、瞄准系统主要由微波搜索跟踪雷达及光学跟踪瞄准装置等组成。探测系统发现目标后，定位系统跟踪目标，同时修正地球磁场等的影响，使粒子束在一定传输距离内满足对空间碎片目标的瞄准精度。

对于碎片目标跟踪、瞄准系统来说，核心技术为高精度跟踪技术。复合轴控制技术［4］广泛用于高精度光电跟踪系统、卫星激光测距、激光通信和激光光束稳定等，其典型系统结构如图6-3 所示。复合轴伺服系统（Compound Axis Servomechanism）最早见于1966 年W.Thomas 发表的文章，作者在数字激光测距跟踪装置中采用了复合轴伺服机构，它是在主机架的粗跟踪基础上，用快速控制发射镜精确修正实现更高精度的跟踪。复合轴控制原理早在1950 年就有研究，A.A.Krasovsky 于1957 年发表了分析双通道控制系统（Two-channel Control System）原理的文章，1960 年D.B.Neuman 深入分析了二维关联反馈控制系统（Two-dimensional，Orthogonal，Feedback Control System）交叉耦合的效应。复合轴系统是双通道控制或二维关联控制系统的一种实现结构。复合轴系统具有跟踪精度高、响应速度快和动态范围宽等优点，将传统的光电跟踪系统的精度从数十角秒级提高到角秒级、亚角秒级，甚至0.1 角秒以内。在惯性稳定控制领域，四框架多级稳定、惯性伪星参考稳定系统，都相当于复合轴控制。

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图6-3　复合轴跟踪系统结构

可以看出，激光通信中的跟踪与瞄准系统可以为空间电子束系统提供很好的技术支持和借鉴，是一种很有潜力的目标跟踪与瞄准技术手段。空间电子束系统发射的电子束要能达到空间碎片目标，则需要精确控制电子束的出射方向。同时，由于空间电磁场的时变特性及空间碎片目标的运动特性，要求电子束控制系统具有高动态的角度控制能力。常见的电子束角度控制技术主要分为静电和磁力偏转系统等［5］。利用垂直于电子束运动方向的静电场使电子束改变方向，发生偏转的电子光学系统称为静电偏转系统。利用垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向，发射偏转的电子光学系统称为磁偏转系统，其中，最简单的一种是均匀磁场偏转系统。