[发明专利]一种应用于大气激光通信的浮标及控制方法

权利要求书

1.一种应用于大气激光通信的浮标，包括浮标本体和激光通信模块；其特征在于，还包括：

云台，所述云台转动连接所述浮标本体；和

校准组件，所述校准组件包括：

基座，所述基座固定连接所述云台，具有至少一个基准立面，所述基准立面沿竖直方向延伸；

静平台，所述静平台固定连接于所述基座；

动平台，所述动平台通过若干可伸缩铰接元件连接于所述静平台，可伸缩铰接元件可驱动所述动平台相对于所述静平台倾斜；所述激光通信模块设置在所述动平台上；

所述动平台和静平台均为圆形；

GPS定位模块，所述GPS定位模块用于获取浮标的当前坐标点；

第一角度传感器，所述第一角度传感器用于检测所述动平台偏离初始位置的偏移角度；和

处理器，所述处理器配置为根据目标通信坐标点生成所述动平台的目标姿态；根据所述偏移角度生成当前姿态；根据所述当前姿态和目标姿态生成姿态角偏差；基于所述姿态角偏差驱动一个或多个可伸缩铰接元件动作以使得所述动平台工作并保持在目标姿态；其中，当所述动平台处于目标姿态时，所述激光通信模块处于目标通信位置；

其中,所述处理器配置为执行以下步骤以驱动一个或多个可伸缩铰接元件动作，保持所述动平台工作在目标姿态：

建立动平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m，动平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m的原点位于所述动平台的圆心处；

基于所述姿态角偏差，绕所述动平台坐标系的Z_m旋转角ψ，其中ψ为姿态角偏差的横滚自由度；转动后，动平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m的轴X_m转动为X_m′，动平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m的轴Y_m转动为Y_m′，

基于所述姿态角偏差，绕Y_m′旋转角θ，其中θ为姿态角偏差的俯仰自由度，转动后，X_m′轴转动为X_m″，Z_m′轴转动为Z_m″，

绕X_m″转动为其中为姿态角偏差的偏航自由度，

得到旋转转换矩阵：

动平台中的任意一点的目标姿态在动平台坐标系中通过选择向量表示

可伸缩铰接元件的动平台绞点在动平台坐标系中的矢量表达式为：

其中，为动平台绞点在动平台的位置坐标，t为动平台绞点相对于初始位置的偏移量；

建立静平台坐标系O_s-X_sY_sZ_s，静平台坐标系O_s-X_sY_sZ_s的原点位于所述静平台的圆心处；

可伸缩铰接元件的静平台绞点指向动平台绞点的矢径为可伸缩铰接元件的目标长度矢量，其中a′_i为静平台绞点相对于动平台的坐标位置；

可伸缩铰接元件的目标长度为

可伸缩铰接元件的目标伸缩量为ΔL_i＝L_i-L_0i，L_0i为可伸缩铰接元件的初始长度。

2.根据权利要求1所述的应用于大气激光通信的浮标，其特征在于，

所述可伸缩铰接元件还设置有力矩电机；

所述校准组件还包括：

力矩传感器，所述力矩传感器用于检测可伸缩铰接元件的实时力矩；

所述处理器配置为根据所述实时力矩和目标力矩生成力矩偏差，基于所述力矩偏差驱动所述力矩电机动作以使得所述可伸缩铰接元件保持在目标力矩。

3.根据权利要求1或2所述的应用于大气激光通信的浮标，其特征在于，

所述可伸缩铰接元件为电动缸，多个电动缸中心对称设置。