相比于傳統(tǒng)衛(wèi)星微波通信,衛(wèi)星激光通信具有通信速率高、抗干擾能力強(qiáng)、資源消耗少等優(yōu)點(diǎn),是一種新型通信技術(shù)。作為空間高速信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,星間激光通信擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)中繼的重要作用,以微弧度量級(jí)發(fā)散角的光束在數(shù)千公里遠(yuǎn)的距離實(shí)現(xiàn)通信,需要特殊的識(shí)別、指向與跟蹤（Acquisition,Pointing and Tracking:APT）光束控制系統(tǒng),現(xiàn)今APT系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題是質(zhì)量大、體積大、指向精度不高,本文以實(shí)際工程需求為背景,采用數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合的方法,針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)APT系統(tǒng)指向性能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容包括:首先,對(duì)影響APT系統(tǒng)指向指標(biāo)的關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析。分析了角度隨機(jī)誤差對(duì)APT捕獲機(jī)構(gòu)指向精度的影響,研究了角度隨機(jī)誤差的形成原理,提出了一種改進(jìn)Rayleigh型的角度隨機(jī)誤差模型,與傳統(tǒng)Rayleigh模型相比可以將鏈路保持時(shí)間的預(yù)測(cè)精度提升2.8倍;分析了星間相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況,建立了星間相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型,推導(dǎo)了星間距離、星間夾角、星間角速度計(jì)算公式,并以實(shí)際衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果顯示LEO-LEO星間鏈路相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度最大約為0.5°/s;研究了中... 

【文章頁(yè)數(shù)】：145 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

星間激光通信系統(tǒng)示意圖

星間激光通信指向與捕獲機(jī)構(gòu)研究4LCDS由JPL牽頭主要用于驗(yàn)證移動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)激光建立高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行裕鋫鬏斔俾蚀笥?50Mbits/s，其APT系統(tǒng)的粗跟蹤采用單反鏡提供方位±15°與俯仰±15°的視軸轉(zhuǎn)動(dòng)，粗跟蹤視場(chǎng)0.5度瞬時(shí)視場(chǎng)角17.1μrad，采用150μrad視場(chǎng)角的四象限探測(cè)器實(shí)現(xiàn)精跟蹤，終端長(zhǎng)34.6in(1in=2.54cm)，寬21.5in，高18in，整機(jī)質(zhì)量50kg，所搭載的衛(wèi)星體積3m×2m×1m重量272kg。如圖1.3所示為L(zhǎng)CDS激光通信終端[19]。圖1.3LCDS衛(wèi)星光通信終端示意圖Fig1.3SatelliteopticalcommunicationterminalofLCDS（2）OCD通信驗(yàn)證終端(OpticalCommunicationDemonstrator)OCD終端是由JPL在1994開(kāi)始立項(xiàng)研制的，這項(xiàng)研究的目的是通過(guò)地面高度集成化的終端來(lái)驗(yàn)證高精度瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤的APT系統(tǒng)，OCD天線口徑100mm采用萬(wàn)向架作為粗跟蹤瞄準(zhǔn)裝置，在OCD中采用了一些當(dāng)時(shí)比較先進(jìn)的技術(shù)與器件來(lái)實(shí)現(xiàn)APT系統(tǒng)內(nèi)部光路的高度精簡(jiǎn)，如CCD動(dòng)態(tài)開(kāi)窗技術(shù)，僅通過(guò)一塊探測(cè)器與一塊振鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)粗、精跟蹤與提前量功能，粗跟蹤探測(cè)器的視場(chǎng)角為6mrad(@512pixels×512pixels)帶寬10Hz，精跟蹤探測(cè)器的視場(chǎng)角為12μrad@10pixels×10pixels其帶寬為2kHz，另一方面OCD的收發(fā)光路采用共光路式結(jié)構(gòu)，整個(gè)通信終端與萬(wàn)向架隨動(dòng)。在2000年OCD成功進(jìn)行了45km地面距離下激光通信的驗(yàn)證，整個(gè)系統(tǒng)地面實(shí)驗(yàn)指向精度達(dá)到2μrad[20]，而且JPL研制了可以補(bǔ)償100Hz的新型快速反射鏡FSM(Faststeeringmirror)帶寬500Hz，同時(shí)對(duì)中繼光路中光學(xué)元件數(shù)量也進(jìn)行了控制以降低APT系統(tǒng)的復(fù)雜程度[21]。如圖1.4為OCD通信終端APT設(shè)計(jì)原理圖。

第1章緒論5圖1.4OCD終端APT系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖Fig1.4APTsystemdesignschematicdiagramofOCD此后JPL對(duì)OCD-Ⅰ進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)并研制了OCD-Ⅱ，兩者APT系統(tǒng)的關(guān)鍵性能參數(shù)見(jiàn)表1.1所示。表1.1OCD-Ⅰ與OCD-Ⅱ通信終端對(duì)比Table1.1ComparisonbetweenOCD-IandOCD-II參數(shù)OCD-ⅠOCD-Ⅱ天線直徑10cm10cm通信光束散角22μrad200μrad粗跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)無(wú)萬(wàn)向架粗跟蹤視場(chǎng)1mrad×1mrad3.25mrad×2.45mrad粗指向精度2μradNA質(zhì)量16kgNA同軸度＜100μrad＜100μrad（3）STRV-2激光通信系統(tǒng)STRV-2是由BMDO組織研制的，所搭載的衛(wèi)星TSX-5軌道高度450km，粗跟蹤采用萬(wàn)向架調(diào)節(jié)的方式，內(nèi)部光路采用收發(fā)光學(xué)天線分離式的設(shè)計(jì)，由8臺(tái)80μrad的激光器同時(shí)發(fā)射，每臺(tái)天線口徑16mm，且每4臺(tái)組成一個(gè)信道通信速率達(dá)到2×622Mbps，質(zhì)量7.3kg[22]，表1.2給出了STRV-2星上終端APT系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3651548