本文選題：激光通信　切入點：光學(xué)天線　出處：《中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：空間激光通信具有數(shù)據(jù)傳輸量大效率高、抗干擾和截獲能力強等特點,受到了國內(nèi)外各國越來越多的關(guān)注,已成為國際上的研究熱點。近年來,美國、歐洲和日本等國在該領(lǐng)域進行了大量研究并獲得了豐碩的成果。我國也開始重視激光通信技術(shù)的研究,并取得了一定進展。激光通信是一項綜合技術(shù),關(guān)鍵技術(shù)很多,尤其是應(yīng)用于空間通信,對其技術(shù)提出了更高的要求。根據(jù)文獻以及實際工程需求,本文針對空間激光通信的光學(xué)天線及粗跟蹤伺服轉(zhuǎn)臺兩個方面的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,并對天線指向誤差進行了分析研究。a)為實現(xiàn)高光學(xué)質(zhì)量的光學(xué)天線,對適用于激光通信的各種典型的天線光學(xué)系統(tǒng)類型進行比較分析,確定了以卡塞格林式和離軸反射式兩種光學(xué)系統(tǒng)進行空間激光通信光學(xué)天線研究。根據(jù)設(shè)計參數(shù)及像質(zhì)分析,對卡塞格林式結(jié)構(gòu)提出了改進。根據(jù)兩種光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計完成了兩種光學(xué)天線的設(shè)計、優(yōu)化及分析,包括主次鏡支撐,透鏡組設(shè)計等在內(nèi)的光學(xué)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計。b)為實現(xiàn)可靠的粗跟蹤伺服轉(zhuǎn)臺,分析比較了幾種常見的激光通信終端粗伺服轉(zhuǎn)臺,選擇了十字跟蹤架式中的水平式粗跟蹤伺服轉(zhuǎn)臺和潛望式粗跟蹤伺服轉(zhuǎn)臺進行研究。根據(jù)實際工程需求,進行了轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、重要器件的選取以及整機模態(tài)分析,并對水平式轉(zhuǎn)臺內(nèi)外框架進行了輕量化設(shè)計,加強了剛度,減輕了質(zhì)量;利用連續(xù)拓撲優(yōu)化技術(shù)對潛望式轉(zhuǎn)臺軸系外鏡筒進行了多目標優(yōu)化,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果布置加強板后,剛度及一階固有頻率均有所提高。c)對水平式終端采用了基于誤差理論的逐項分析法進行分析。對潛望式終端則從誤差源入手,得到了誤差傳遞鏈路,以此為基礎(chǔ)通過坐標變換建立了指向誤差數(shù)學(xué)模型進行分析和仿真。指向誤差分析結(jié)果表明兩種結(jié)構(gòu)形式的粗跟蹤裝置均有良好的指向精度。d)卡式光學(xué)天線以及水平式粗跟蹤完成加工裝調(diào),并開展了光學(xué)天線系統(tǒng)測試以及粗跟蹤轉(zhuǎn)臺精度測試�？趶涧�252mm的卡式光學(xué)天線光學(xué)系統(tǒng)波像差達到0.058λ(λ=632.8nm),已經(jīng)達到成像系統(tǒng)衍射極限下的波相差,重量僅19kg;水平式粗跟蹤系統(tǒng)赤緯軸軸向跟蹤精度25.99μrad。測試結(jié)果表明所研制的卡式光學(xué)天線以及水平式粗跟蹤轉(zhuǎn)臺能夠滿足激光通信使用要求。通過分析及仿真,離軸反射式天線及潛望式伺服轉(zhuǎn)臺也能滿足空間激光通信應(yīng)用。通過光學(xué)天線及粗跟蹤技術(shù)的研究,本論文為激光通信系統(tǒng)光機設(shè)計提供更多的自由度,為實際工程提供參考。
[Abstract]:The space laser communication has been paid more and more attention by many countries at home and abroad because of its high efficiency of data transmission, strong anti-jamming and intercepting ability. In recent years, the United States, the United States, has become a hot spot in international research. Europe, Japan and other countries have done a lot of research in this field and obtained fruitful results. China has also begun to attach importance to the research of laser communication technology, and has made some progress. Laser communication is a comprehensive technology, and there are many key technologies. Especially for space communication, higher requirements for its technology are put forward. According to the literature and practical engineering requirements, this paper studies the two key technologies of optical antenna and coarse tracking servo turntable for space laser communication. In order to realize the optical antenna with high optical quality, the typical types of antenna optical system suitable for laser communication are compared and analyzed. The optical antenna of space laser communication is studied by using two kinds of optical systems: Cassegrain type and off-axis reflection type. According to the design parameters and image quality analysis, The design, optimization and analysis of two kinds of optical antennas, including primary and secondary mirror support, are completed according to the design of two optical systems. In order to realize the reliable coarse tracking servo turntable, several kinds of common laser communication terminal rough servo turntable are analyzed and compared. The horizontal coarse tracking servo turntable and the perpendicular coarse tracking servo turntable are selected for research. According to the actual engineering requirements, the overall structure design of the turntable, the selection of important components and the modal analysis of the whole machine are carried out. The lightweight design of the inner and outer frame of the horizontal turntable is carried out, the stiffness is strengthened and the mass is reduced, and the multi-objective optimization of the external mirror tube of the perishasic turntable shafting system is carried out by using the continuous topology optimization technique, and the strengthening plate is arranged according to the optimized results. The stiffness and the first order natural frequency are improved. C) the horizontal terminal is analyzed by terms by terms based on the error theory, and the error transmission link is obtained from the error source of the perishasic terminal. On the basis of this, the mathematical model of pointing error is established by coordinate transformation. The results of pointing error analysis show that the coarse tracking device with two kinds of structure has good pointing precision. D) card optical antenna. Horizontal rough tracking finish processing installation, The optical antenna system test and the precision test of the coarse tracking turntable are also carried out. The wave aberration of the optical system of the caliber 252mm card antenna reaches 0.058 位 (位 ~ (63) 2.8 nm), which has reached the diffraction limit of the imaging system. The axial tracking accuracy of the horizontal coarse tracking system is 25.99 渭 rad. the test results show that the developed optical antenna and the horizontal coarse tracking turntable can meet the requirements of laser communication. Off-axis reflector antenna and periscope servo turntable can also meet the application of space laser communication. Through the research of optical antenna and coarse tracking technology, this paper provides more degrees of freedom for optical machine design of laser communication system, and provides reference for practical project.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1691357