面向深空激光通信的精跟踪技术研究

发布时间：2020-08-04 11:54

【摘要】：与微波通信相比,激光通信在通信速率、通信距离、系统体积、重量、功耗等方面都表现出极大的优势。空间激光通信系统中由于通信双方处于相对运动状态,因此需要快速、精确的瞄准、捕获与跟踪(PAT)系统以建立并维持信道的稳定。与近地激光通信相比,深空通信距离远、空间噪声强,对PAT的性能要求更为严格,因此需要对深空激光通信跟踪技术进行深入研究。本文围绕深空激光通信的精跟踪技术开展具体研究。首先,对深空激光通信的功率预算进行了分析,讨论了PAT系统瞄准误差对通信性能的影响,提出了深空条件下对精跟踪子系统的要求,当发射波长为1550nm,发射天线口径40cm时,为使指向损耗小于2dB,要求精跟踪子系统的跟踪精度小于1.64μrad。其次,为了获得微弧度量级的光束跟踪精度,必须对光束偏转进行微弧度量级的精确测量。本文提出了一种紧凑的双光栅结构,通过合理配置,利用入射光在双光栅间的多次衍射实现对光束偏转角的放大。仿真与实验验证了双光栅结构的偏转角放大效果,当入射角与光栅法线夹角在-22.93mrad到3.85mrad间时,入射光在两光栅间衍射4次,实现10倍以上的偏转角放大,从而使角度测量的分辨率提高至少10倍。最后,为了获得更高的光束跟踪精度,我们将最小均方(LMS)算法应用于精跟踪子系统,并在实验室搭建的精跟踪模拟系统中对自适应跟踪算法进行了验证。通过对自适应跟踪算法的仿真与实验,验证了在精跟踪子系统中应用自适应滤波的可行性,可以实现微弧度量级的指向精度。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

概率分布,弹道导弹防御,系统终端,近地轨道

自 20 世纪 60 年代中期开始，美国就开始关注空间光通信技术方面的研究，定的相应的研究计划。1968 年，喷气推荐实验室（JPL）在轨道高度 1250km 的 GEOS-Ⅱ卫星与地面进行了地星激光传输实验，目的是为了研究接受光强的起伏特性，为研究激光的光强概率分布奠定了实验基础。1994 年，美国国家航空航天局 NASA 与 JPL 研制了 OCD 演示系统，OCD 采大量当时的先进技术，如快速反射镜（FSM），并在 2000 年进行了激光通信实验证了单快速反射镜系统的可行性[9-11]。

终端,近地轨道

大量当时的先进技术，如快速反射镜（FSM），并在 2000 年进行了激光通信实验证了单快速反射镜系统的可行性[9-11]。图 1-1 OCD 系统终端1995 年，美国弹道导弹防御组织（BMDO）开展了近地轨道卫星与地面的通验 STRV-2 研究。该终端于 2000 年 6 月搭载在近地轨道卫星 TSX-5 上成功发射由于星上终端无法与地面设备建立激光链路，最终计划失败，但为后续的激光实验积累的宝贵的经验[12-14]。

激光通信,演示验证,通信终端,中继

图 1-3 LLST 通信终端国还开展了激光通信中继演示验证(LCRD)项目，研究未技术。预计将于 2019 年中期搭载在卫星 STPsat-6 升空的中继激光通信实验[18-19]。间激光通信方面也取得了显著的成果，主要的研究航天中心（DLR）、德国航天局（GSA）等。划于 1989 年开始实施，ESA 及欧洲众多国家均参与了该激光终端，其中：PASTEL 终端于 1998 年搭载于法国卫OPALE 终端于 2001 年搭载在 ARTEMIS 上进入太空，界上首次星间激光链路实验[20-22]。X 计划之后，欧洲各国也进行了各种空间激光通信的星上的激光通信终端与美国的 NFIRE 卫星进行了世界上

【参考文献】