在構(gòu)建空天地一體化網(wǎng)絡(luò)布局中,激光通信組網(wǎng)技術(shù)是解決星間高速通信鏈路最重要的手段,也是未來空間激光通信的發(fā)展方向。本文基于新型衛(wèi)星星座、小衛(wèi)星星座內(nèi)衛(wèi)星間組網(wǎng)通信需求,搭建星間一對多激光通信地面實驗,以一對多激光通信粗跟蹤系統(tǒng)作為研究對象,重點設(shè)計研究粗跟蹤系統(tǒng)中跟瞄單元的結(jié)構(gòu)形式、測角方案及控制系統(tǒng)。為滿足一對多激光通信組網(wǎng)技術(shù)中對粗跟蹤系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的要求,提出了利用三個獨立單反射鏡式跟瞄單元對光軸進行調(diào)整的粗跟蹤方案。針對空間環(huán)境適應(yīng)性和輕小型化的需求,在滿足系統(tǒng)指標前提下,對單反鏡式跟瞄單元進行了輕量化設(shè)計,減輕了系統(tǒng)重量,提高了系統(tǒng)工作效率。為實現(xiàn)粗跟蹤系統(tǒng)的高精度捕獲跟蹤,設(shè)計了高精度光柵測角方案,并對測角系統(tǒng)的測角誤差進行了分析及補償。為實現(xiàn)粗跟蹤系統(tǒng)的掃描、捕獲、跟蹤控制,設(shè)計了基于多路閉環(huán)控制方法的粗跟蹤系統(tǒng)控制單元,并進行了室內(nèi)靜態(tài)跟蹤性能實驗,驗證了一對多激光通信系統(tǒng)粗跟蹤系統(tǒng)的跟蹤性能。分析和實驗表明,本粗跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,在有限體積及質(zhì)量要求內(nèi),滿足多目標、同時、動態(tài)、雙工通信。 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

朗訊公司激光通信組網(wǎng)方案

第一章緒論3圖1.2Tearbeam公司激光通信組網(wǎng)方案上述兩種擴大視場類型的激光通信組網(wǎng)方案的優(yōu)點是在不使用復雜的跟瞄系統(tǒng)的情況下實現(xiàn)對多目標的通信，但這兩種方案也有通信范圍孝能量利用率低的局限性，并且光纖陣列密集排布會帶來較為嚴重的信號串擾。雖然我國在空間激光通信領(lǐng)域的研究較晚，但隨著國內(nèi)對航天技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)很多機構(gòu)和高校也意識到網(wǎng)絡(luò)化激光通信在未來的重要作用，也逐漸投入時間和精力到激光通信組網(wǎng)技術(shù)的研究上。長春理工大學姜會林院士提出了基于多反射鏡拼接的激光通信組網(wǎng)技術(shù)原理，并成功研制了第一代多點激光通信的原理樣機，完成地面演示通信實驗，為空間激光通信組網(wǎng)技術(shù)提供了理論和方法指導，對提高我國空間信息的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有重要的意義[5-7]。1.2.2國外激光通信粗跟蹤系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀隨著空間激光通信技術(shù)的快速發(fā)展，支持其通信的終端也越來越受到關(guān)注，在空間激光通信終端中粗跟蹤系統(tǒng)是實現(xiàn)鏈路穩(wěn)定、高速率通信的基矗歐美等國以先進的航天遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，對星間通信終端的粗跟蹤系統(tǒng)開展的研究也較為成熟，并成功研制了很多粗跟蹤系統(tǒng)[8]。下面著重調(diào)研了近幾年來國外在激光通信粗跟蹤系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀，為本文的一對多激光通信粗跟蹤系統(tǒng)的研究提供借鑒。美國空間動力實驗室(SDL)針對小型衛(wèi)星跟瞄的需要，研制的低成本快速反射鏡(FSM)系統(tǒng)如圖1.3所示，第一代樣機約為20萬美元。其反射鏡通光口徑為75mm，質(zhì)量為0.16kg，方位轉(zhuǎn)動角度范圍為130°，俯仰轉(zhuǎn)動角度范圍為30°，系統(tǒng)伺服控制帶寬70Hz，平均功耗為0.4w。FSM俯仰軸關(guān)鍵部件包括一個旋轉(zhuǎn)音圈電機和一種獨特的非接觸式反饋傳感器，方位軸采用無刷直流無刷力矩電機和高分辨率光學編碼器，平面反射鏡采用三角形背部輕量化設(shè)計的鋁鏡[9-10]。

長春理工大學碩士學位論文4a)b)圖1.3美國空氣動力實驗室研制快速反射鏡驅(qū)動結(jié)構(gòu)a)快速反射鏡結(jié)構(gòu)b)俯仰軸系楔形非接觸式傳感器美國麻省理工大學林肯實驗針對空間激光通信大視場終端的局限性所設(shè)計的空間光通信粗跟蹤系統(tǒng)如圖1.4所示，它通過一個小的(12英寸)平窗，在一個±65o視場上提供一個2英寸的光束。這種緊湊型光學框架不同于傳統(tǒng)粗跟蹤機構(gòu)的框架，它包括一個兩軸（x、y）轉(zhuǎn)向的的反射鏡及一個折疊的望遠光學系統(tǒng)組成框架動端，繞z軸實現(xiàn)360o方位的旋轉(zhuǎn)，從而克服了大視場的激光通信終端需要圓頂或大的保角形窗口的局限性。反射鏡通過撓性樞軸連接在二維轉(zhuǎn)向鏡方位鋁軸，并由一個半定制線性音圈電機驅(qū)動，音圈電機的磁性部分粘在鏡子上，產(chǎn)生熱量的線圈安裝在鋁質(zhì)框架上[11]。a)b)圖1.4林肯實驗室開發(fā)的通信終端a)二維轉(zhuǎn)向鏡結(jié)構(gòu)b)粗跟蹤系統(tǒng)整體實物圖歐空局的AIM(AsteroidImpactMission)計劃是搭載OPTEL-D完成深空高速率激光通信任務(wù)，OPTEL-D的主要參數(shù)如下表1.1。表1.1OPTEL-D主要參數(shù)名稱接收口徑接收波長發(fā)射波長發(fā)射速率發(fā)射功率參數(shù)135mm1064nm1550nm195kpbs3WOPTEL-D終端原理圖及CPA結(jié)構(gòu)模型如圖1.5所示，OPTEL-D的粗跟蹤系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)(CPA)采反射鏡式粗蹤蹤裝置，其方位轉(zhuǎn)動范圍為±90°，俯仰轉(zhuǎn)動范圍為±10°[12-13]。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]微納衛(wèi)星用激光通信跟瞄系統(tǒng)技術(shù)研究[D]. 張軼群.長春理工大學 2019
[4]旋轉(zhuǎn)音圈電機驅(qū)動的二維擺鏡精密跟蹤技術(shù)研究[D]. 黃宣淋.中國科學院大學(中國科學院光電技術(shù)研究所) 2018
[5]激光通信大口徑地面站伺服控制研究[D]. 李朝陽.長春理工大學 2018
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本文編號：3627301