衛(wèi)星光通信雙向掃描捕獲技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星光通信與微波通信相比,具有通信容量大、終端體積小以及保密性好等優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星間光通信中的光束瞄準(zhǔn)、捕獲、和跟蹤一直是急需解決的關(guān)鍵技術(shù),其中捕獲主要用于激光鏈路的建立以及鏈路中斷時(shí)的恢復(fù),并在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成,捕獲方案的選擇已成為研究重點(diǎn)。在實(shí)際的衛(wèi)星光通信過(guò)程中,盡管衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制精度在不斷提高,但由于受到有效載荷和終端器件條件的限制,通過(guò)直接增大捕獲信標(biāo)光束寬和探測(cè)器視閾無(wú)法補(bǔ)償衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道偏差,因此大多數(shù)情況下必須采用

2、雙向掃描捕獲。本論文在單向掃描捕獲的研究基礎(chǔ)之上,提出了兩種雙向掃描捕獲方案。首先詳細(xì)介紹了兩種雙向掃描捕獲方案的過(guò)程,并建立起了兩種方案的理論模型,分別推導(dǎo)出了兩種方案下的捕獲概率和平均捕獲時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。而后給出了兩方案捕獲過(guò)程中的最佳掃描范圍,在綜合平臺(tái)性能和捕獲概率的要求下,方案一要求兩終端掃描范圍相等,方案二要求終端A的探測(cè)視閾盡可能小,終端B的掃描范圍盡可能大。同時(shí),對(duì)影響雙向掃描捕獲性能的參量進(jìn)行了分析,其中固定偏移量(

3、由終端姿態(tài)、衛(wèi)星軌道等引起的誤差)對(duì)捕獲的影響較大,而隨機(jī)偏移量(有星上微振動(dòng)等引起的誤差)的影響較小,可通過(guò)增加掃描重疊度進(jìn)行補(bǔ)償。在理論分析基礎(chǔ)上,通過(guò)Matlab/Simulink軟件建立了雙向掃描捕獲仿真系統(tǒng),針對(duì)不同參量采用Monte Carlo進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真雙向掃描捕獲實(shí)驗(yàn)。根據(jù)對(duì)仿真數(shù)據(jù)的分析,對(duì)方案一進(jìn)行了多場(chǎng)掃描改進(jìn),并給出了多場(chǎng)掃描中的最佳單場(chǎng)掃描范圍和最佳掃描場(chǎng)次,改進(jìn)后方案的捕獲性能得到大幅提高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在

4、捕獲概率大于98%的要求下,對(duì)于改進(jìn)后方案一,當(dāng)平臺(tái)控制誤差小于5.7mrad時(shí),平均捕獲時(shí)間小于3min,且當(dāng)控制誤差小于3.3mrad時(shí)采用該方案一為最佳；對(duì)于方案二,當(dāng)平臺(tái)控制誤差小于7.5mad時(shí),平均捕獲時(shí)間小于3min,且當(dāng)控制誤差大于3.3mrad時(shí),采用方案二為最佳。同時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)也證明了理論模型和理論分析的正確性。本文的研究對(duì)衛(wèi)星光通信捕獲方案的選擇和捕獲系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)都具有實(shí)際意義,可作為今后衛(wèi)星光通信捕獲系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制