衛星間および地上との量子通信は長距離伝送を特徴とし、衛星と地上の間には相対運動が存在するため、量子トラッカーの追尾性能に対する要求が高まっている。量子通信の追尾精度を向上させ、誤り率を低減するために、本論文では量子トラッカーの追尾制御システムを研究し、追尾精度に影響を与える全擾乱を補償する。まず、衛星間量子通信リンク、量子通信プロセスおよびその影響因子を紹介する。次に、量子トラッカーの運動数学モデルを構築した。トラッカーの数学モデルに基づき、自抗擾モデル予測制御アルゴリズムを設計・提案した。また、モード切り替え問題に対しては軌跡を最適化しオーバーシュートを抑制するために分数階追跡微分器を提案した。「墨子号」衛星との量子通信実験結果によると、分数階追跡微分器はモード切り替え後の目標捕捉速度を22％向上させ、提案する自抗擾モデル予測制御は従来のPI制御に比べてより強い外乱耐性を持ち、ピッチ方向転換時のターゲット外れのスパイクを抑制し、追尾精度は2.9″に達し、量子偏光データの受信量が増加し、総誤り率は1.18％に低減された。本論文で提案する制御アルゴリズムは量子トラッカーの追尾精度をさらに高め、誤り率を低減させ、衛星間量子通信の精度要件を満たすことができる。

量子トラッカー;量子通信;自抗擾モデル予測制御;分数階追跡微分器;追尾制御システム