本發(fā)明涉及一種激光通信終端計(jì)算方法，具體為一種提高激光通信終端初始指向精度的方法。

背景技術(shù)：

1、在無線激光通信領(lǐng)域，終端設(shè)備的工作流程主要分為3個(gè)階段，分別為：瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤，在瞄準(zhǔn)階段，雙端設(shè)備會(huì)根據(jù)gps給出的定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地調(diào)整終端轉(zhuǎn)臺(tái)的姿態(tài)進(jìn)行初始指向使雙端設(shè)備指向準(zhǔn)確。但在指向完成后，雙端轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)出現(xiàn)不同程度的隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，主要原因是gps定位系統(tǒng)在這過程中受到各方面不確定因素的影響，例如：天氣狀況，對(duì)流層、電離層和其他干擾等，這些影響因素會(huì)使gps輸出的定位數(shù)據(jù)不斷地變化，進(jìn)而使設(shè)備終端轉(zhuǎn)臺(tái)隨機(jī)地轉(zhuǎn)動(dòng)。只有當(dāng)終端設(shè)備進(jìn)入下一工作狀態(tài)，終端設(shè)備才能停止獲取gps數(shù)據(jù)并停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這就會(huì)使終端設(shè)備進(jìn)入捕獲階段之前，停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的姿態(tài)角是有隨機(jī)誤差的，最終會(huì)使瞄準(zhǔn)指向產(chǎn)生偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種提高激光通信終端初始指向精度的方法，該方法可有效解決因gps受干擾產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差而導(dǎo)致的激光通信終端設(shè)備瞄準(zhǔn)指向偏差問題。這在一定程度上提高了激光通信終端的指向精度，為后續(xù)第二階段捕獲打下了較好的基礎(chǔ)。

2、按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種提高激光通信終端初始指向精度的方法，包括以下步驟：

3、步驟1，設(shè)備終端初始化運(yùn)行并根據(jù)gps定位系統(tǒng)輸出的定位數(shù)據(jù)調(diào)整雙端終端轉(zhuǎn)臺(tái)，使雙端設(shè)備實(shí)現(xiàn)初步對(duì)準(zhǔn)；

4、步驟2，在步驟1執(zhí)行完的狀態(tài)下，通過主控從設(shè)備終端獲取轉(zhuǎn)臺(tái)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)包括終端轉(zhuǎn)臺(tái)的方位數(shù)據(jù)與俯仰數(shù)據(jù)；在獲取數(shù)據(jù)的過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波運(yùn)算來抑制數(shù)據(jù)中高頻干擾的成分；

5、步驟3，根據(jù)步驟2運(yùn)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，利用線性擬合的方法求出該組數(shù)據(jù)的擬合值；

6、步驟4，根據(jù)步驟3得到的擬合值，通過該擬合值與步驟2運(yùn)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果求出該組數(shù)據(jù)中低頻干擾的分量；

7、步驟5，根據(jù)步驟2獲取到的姿態(tài)數(shù)據(jù)和步驟4得到的數(shù)據(jù)中的低頻干擾分量，算出去除低頻干擾分量后的姿態(tài)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為去除低頻分量的姿態(tài)測(cè)量值；

8、步驟6，根據(jù)步驟5得到的處理后的測(cè)量值，對(duì)其進(jìn)行卡爾曼濾波運(yùn)算，當(dāng)運(yùn)算次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)，取當(dāng)前運(yùn)算得到的修正值為轉(zhuǎn)臺(tái)的指向姿態(tài)值，通過主控根據(jù)求得的轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)值對(duì)終端轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行固定。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2的均值濾波運(yùn)算具體為：

10、3)取150個(gè)方位或者俯仰原始數(shù)據(jù)，滑窗大小為1*10，步長(zhǎng)為1，這樣運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)量?jī)H為141，為了使計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)量不變，需補(bǔ)充9個(gè)數(shù)據(jù)；

11、4)取150個(gè)方位數(shù)據(jù)，各組數(shù)據(jù)分別為：θfw(1)～θfw(10)、θfw(2)～θfw(11)、θfw(3)～θfw(12)直至θfw(150)～θfw(159)；對(duì)每組姿態(tài)數(shù)據(jù)(θfw(j),θfy(j))分別進(jìn)行均值濾波處理，其中θfw為轉(zhuǎn)臺(tái)的方位數(shù)據(jù)，θfy為轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰數(shù)據(jù)，每組均值結(jié)果為：(θfwc(i),θfyc(i))，計(jì)算公式為：

12、

13、其中i為進(jìn)行均值濾波運(yùn)算的組別，i∈(0,149)，j為經(jīng)過補(bǔ)充得到的數(shù)據(jù)的序列號(hào)，j∈(1,159)，θfwc(i)為方位數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果，θfyc(i)為俯仰數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述補(bǔ)充數(shù)據(jù)的方法為：每隔15個(gè)原始數(shù)據(jù)補(bǔ)充這15個(gè)數(shù)據(jù)的均值在其后，最后15個(gè)數(shù)據(jù)后不需要補(bǔ)充，這樣便會(huì)在150個(gè)原始數(shù)據(jù)量上增加9個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過補(bǔ)充后的數(shù)據(jù)量變?yōu)?59，此時(shí)對(duì)其進(jìn)行上述的均值濾波運(yùn)算，其結(jié)果的數(shù)據(jù)量變?yōu)?50，此時(shí)數(shù)據(jù)量便與原始未補(bǔ)充時(shí)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量相同。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中擬合值(θfwc,θfyc)的計(jì)算公式為：

16、

17、其中θfwc為方位數(shù)據(jù)均值濾波后數(shù)據(jù)的擬合值，θfyc為俯仰數(shù)據(jù)均值濾波后數(shù)據(jù)的擬合值，θfwc(i)為方位數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果，θfyc(i)為俯仰數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟4中的數(shù)據(jù)中低頻干擾分量：(θfwcz(i),θfycz(i))，其計(jì)算公式如下：

19、θfwcz(i)＝θfwc(i)-θfwc???????公式(5)

20、θfycz(i)＝θfyc(i)-θfyc???????公式(6)

21、其中θfwcz(i)為方位數(shù)據(jù)中的低頻干擾分量，θfycz(i)為俯仰數(shù)據(jù)中的低頻干擾分量，θfwc為方位數(shù)據(jù)均值濾波后數(shù)據(jù)的擬合值，θfyc為俯仰數(shù)據(jù)均值濾波后數(shù)據(jù)的擬合值，θfwc(i)為方位數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果，θfyc(i)為俯仰數(shù)據(jù)的均值濾波結(jié)果。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述姿態(tài)測(cè)量值計(jì)算方法為：根據(jù)步驟2獲取到的原始數(shù)據(jù)(θfwor(t),θfyor(t))，t為通過主控獲取到的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)的序列號(hào)，t∈(1，150)；用原始姿態(tài)數(shù)據(jù)減去對(duì)應(yīng)步驟4得到的低頻干擾分量(θfwcz(t-1),θfycz(t-1))，得到處理過后的測(cè)量值(θfwme(t),θfyme(t))，計(jì)算公式如下：

23、θfwme(t)＝θfwor(t)-θfwcz(t-1)??????公式(7)

24、θfyme(t)＝θfyor(t)-θfycz(t-1)??????公式(8)

25、其中θfwme(t)為經(jīng)過處理后方位的測(cè)量值，θfyme(t)為經(jīng)過處理后俯仰的測(cè)量值，θfwor(t)為原始方位數(shù)據(jù)，θfyor(t)為俯仰原始數(shù)據(jù)；θfwcz(t-1)為方位數(shù)據(jù)中的低頻干擾分量，θfycz(t-1)為俯仰數(shù)據(jù)中的低頻干擾分量。

26、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述卡爾曼濾波運(yùn)算的公式為：

27、

28、xk＝x(k-1)+kk(zk-x(k-1))??公式(10)

29、eest(k)＝(1-kk)eest(k-1)????公式(11)

30、eest(k-1)為上一次的修正誤差，x(k-1)為上一次的修正值，zk為當(dāng)前的測(cè)量值，kk為當(dāng)前的卡爾曼增益常數(shù)，x(k)為當(dāng)前修正值，eest(k)為當(dāng)前的修正誤差。

31、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述卡爾曼濾波運(yùn)算之前，需根據(jù)設(shè)備的實(shí)際性能給出初始修正誤差eest(0)、初始修正值x0和測(cè)量誤差emea(k)，計(jì)算過程分為三步走：

32、1)計(jì)算當(dāng)前的卡爾曼增益kk；

33、2)計(jì)算當(dāng)前修正值xk；

34、3)最后計(jì)算當(dāng)前修正誤差eest(k)；

35、通過步驟5共采集150個(gè)姿態(tài)數(shù)據(jù)，將全部數(shù)據(jù)依次帶入公式(9)～(11)，進(jìn)而更新增益kk與修正誤差eest(k)，當(dāng)運(yùn)算次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)取當(dāng)前修正值為終端轉(zhuǎn)臺(tái)的指向姿態(tài)值，并通過主控根據(jù)求得的姿態(tài)值對(duì)終端轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行固定。

36、本發(fā)明的有益效果在于：

37、本發(fā)明充分考慮到設(shè)備終端轉(zhuǎn)臺(tái)受gps數(shù)據(jù)誤差影響，轉(zhuǎn)臺(tái)的隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)具有正態(tài)分布性，利用卡爾曼濾波這一對(duì)正態(tài)分布噪聲具有較好抑制的算法，較好地抑制了gps信號(hào)擾動(dòng)對(duì)終端轉(zhuǎn)臺(tái)的影響。

38、同時(shí)考慮到設(shè)備終端工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，設(shè)備終端在不同時(shí)間段會(huì)受到不同程度風(fēng)力的影響，本發(fā)明在數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段采取了均值濾波與線性擬合相結(jié)合的方式來抑制數(shù)據(jù)的低頻擾動(dòng)部分，該方法降低了風(fēng)力擾動(dòng)的影響，為后續(xù)算法的執(zhí)行奠定了較好的基礎(chǔ)。

39、本發(fā)明通過以上處理方式，抑制了終端設(shè)備工作現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力的擾動(dòng)，同時(shí)較好的抑制了因gps信號(hào)擾動(dòng)產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，進(jìn)而能更高效地提高激光通信終端初始指向的精度，為設(shè)備終端后續(xù)的捕獲工作打下了良好基礎(chǔ)。