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(lái)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(duì)多激光通信地面實(shí)驗(yàn),以一對(duì)多激光通信粗跟蹤系統(tǒng)作為研究對(duì)象,重點(diǎn)設(shè)計(jì)研究粗跟蹤系統(tǒng)中跟瞄單元的結(jié)構(gòu)形式、測(cè)角方案及控制系統(tǒng)。為滿足一對(duì)多激光通信組網(wǎng)技術(shù)中對(duì)粗跟蹤系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的要求,提出了利用三個(gè)獨(dú)立單反射鏡式跟瞄單元對(duì)光軸進(jìn)行調(diào)整的粗跟蹤方案。針對(duì)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(biāo)前提下,對(duì)單反鏡式跟瞄單元進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),減輕了系統(tǒng)重量,提高了系統(tǒng)工作效率。為實(shí)現(xiàn)粗跟蹤系統(tǒng)的高精度捕獲跟蹤,設(shè)計(jì)了高精度光柵測(cè)角方案,并對(duì)測(cè)角系統(tǒng)的測(cè)角誤差進(jìn)行了分析及補(bǔ)償。為實(shí)現(xiàn)粗跟蹤系統(tǒng)的掃描、捕獲、跟蹤控制,設(shè)計(jì)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(jìn)行了室內(nèi)靜態(tài)跟蹤性能實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了一對(duì)多激光通信系統(tǒng)粗跟蹤系統(tǒng)的跟蹤性能。分析和實(shí)驗(yàn)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(biāo)、同時(shí)、動(dòng)態(tài)、雙工通信。 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(kuò)大視場(chǎng)類型的激光通信組網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)是在不使用復(fù)雜的跟瞄系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)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(huì)帶來(lái)較為嚴(yán)重的信號(hào)串?dāng)_。雖然我國(guó)在空間激光通信領(lǐng)域的研究較晚，但隨著國(guó)內(nèi)對(duì)航天技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)很多機(jī)構(gòu)和高校也意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)化激光通信在未來(lái)的重要作用，也逐漸投入時(shí)間和精力到激光通信組網(wǎng)技術(shù)的研究上。長(zhǎng)春理工大學(xué)姜會(huì)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(diǎn)激光通信的原理樣機(jī)，完成地面演示通信實(shí)驗(yàn)，為空間激光通信組網(wǎng)技術(shù)提供了理論和方法指導(dǎo)，對(duì)提高我國(guó)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(guó)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(lái)越受到關(guān)注，在空間激光通信終端中粗跟蹤系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)鏈路穩(wěn)定、高速率通信的基矗歐美等國(guó)以先進(jìn)的航天遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)星間通信終端的粗跟蹤系統(tǒng)開(kāi)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(lái)國(guó)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(duì)多激光通信粗跟蹤系統(tǒng)的研究提供借鑒。美國(guó)空間動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(SDL)針對(duì)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(jī)約為20萬(wàn)美元。其反射鏡通光口徑為75mm，質(zhì)量為0.16kg，方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為130°，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)和一種獨(dú)特的非接觸式反饋傳感器，方位軸采用無(wú)刷直流無(wú)刷力矩電機(jī)和高分辨率光學(xué)編碼器，平面反射鏡采用三角形背部輕量化設(shè)計(jì)的鋁鏡[9-10]。

長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4a)b)圖1.3美國(guó)空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室研制快速反射鏡驅(qū)動(dòng)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(guó)麻省理工大學(xué)林肯實(shí)驗(yàn)針對(duì)空間激光通信大視場(chǎng)終端的局限性所設(shè)計(jì)的空間光通信粗跟蹤系統(tǒng)如圖1.4所示，它通過(guò)一個(gè)小的(12英寸)平窗，在一個(gè)±65o視場(chǎng)上提供一個(gè)2英寸的光束。這種緊湊型光學(xué)框架不同于傳統(tǒng)粗跟蹤機(jī)構(gòu)的框架，它包括一個(gè)兩軸（x、y）轉(zhuǎn)向的的反射鏡及一個(gè)折疊的望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)組成框架動(dòng)端，繞z軸實(shí)現(xiàn)360o方位的旋轉(zhuǎn)，從而克服了大視場(chǎng)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(guò)撓性樞軸連接在二維轉(zhuǎn)向鏡方位鋁軸，并由一個(gè)半定制線性音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，音圈電機(jī)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(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(shí)物圖歐空局的AIM(AsteroidImpactMission)計(jì)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(zhǎng)發(fā)射波長(zhǎng)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(jī)構(gòu)(CPA)采反射鏡式粗蹤蹤裝置，其方位轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為±90°，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為±10°[12-13]。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3627301