衛(wèi)星光通信雙向掃描捕獲技術研究.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。衛(wèi)星間光通信中的光束瞄準、捕獲、和跟蹤一直是急需解決的關鍵技術,其中捕獲主要用于激光鏈路的建立以及鏈路中斷時的恢復,并在盡可能短的時間內完成,捕獲方案的選擇已成為研究重點。在實際的衛(wèi)星光通信過程中,盡管衛(wèi)星平臺的姿態(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,通過直接增大捕獲信標光束寬和探測器視閾無法補償衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道偏差,因此大多數情況下必須采用

2、雙向掃描捕獲。本論文在單向掃描捕獲的研究基礎之上,提出了兩種雙向掃描捕獲方案。首先詳細介紹了兩種雙向掃描捕獲方案的過程,并建立起了兩種方案的理論模型,分別推導出了兩種方案下的捕獲概率和平均捕獲時間的數學表達式。而后給出了兩方案捕獲過程中的最佳掃描范圍,在綜合平臺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的探測視閾盡可能小,終端B的掃描范圍盡可能大。同時,對影響雙向掃描捕獲性能的參量進行了分析,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)對捕獲的影響較大,而隨機偏移量(有星上微振動等引起的誤差)的影響較小,可通過增加掃描重疊度進行補償。在理論分析基礎上,通過Matlab/Simulink軟件建立了雙向掃描捕獲仿真系統(tǒng),針對不同參量采用Monte Carlo進行計算機仿真雙向掃描捕獲實驗。根據對仿真數據的分析,對方案一進行了多場掃描改進,并給出了多場掃描中的最佳單場掃描范圍和最佳掃描場次,改進后方案的捕獲性能得到大幅提高。根據實驗結果,在

4、捕獲概率大于98%的要求下,對于改進后方案一,當平臺控制誤差小于5.7mrad時,平均捕獲時間小于3min,且當控制誤差小于3.3mrad時采用該方案一為最佳；對于方案二,當平臺控制誤差小于7.5mad時,平均捕獲時間小于3min,且當控制誤差大于3.3mrad時,采用方案二為最佳。同時仿真實驗也證明了理論模型和理論分析的正確性。本文的研究對衛(wèi)星光通信捕獲方案的選擇和捕獲系統(tǒng)的參數設計都具有實際意義,可作為今后衛(wèi)星光通信捕獲系統(tǒng)設計研制