空间辐射环境下卫星激光通信星上终端可靠性研究

发布时间：2020-09-26 21:31

　　 卫星激光通信技术凭借其优良的通信能力和高保密性,受到了各国极大的关注。随着卫星光通信技术的不断发展和在轨试验的成功,现阶段该技术正在逐步进入商业化应用。由于卫星激光通信终端设备具备不可修复性,因此针对空间环境条件下卫星光通信终端寿命和可靠性研究是十分必要的。然而,迄今为止,针对卫星光通信终端进行可靠性研究还没有公开报道。本文首次针对此现状,展开卫星光通信星上终端设备可靠性研究,主要进行了以下工作:1、针对卫星激光通信终端结构和卫星光通信终端在轨运行性能特点,结合可靠性理论知识,建立相应任务可靠性模型。根据此模型,可简单地通过可靠度、失效率和平均故障时间(Mean Time To Fail,MTTF)等参数来描述系统及组件的可靠性,并且可以研究组件的可靠性和终端系统的可靠性的关系,为终端的可靠性计算奠定了理论基础。2、为了研究激光通信终端中各组件的可靠性,将终端所用元器件按照其属性划分为光学系统元件、电学系统元件和机械平台三种类型。针对每个系统中的各个元件,分别建立器件损伤模型,并以此为基础结合器件所处的温度环境研究其固有可靠性,为计算终端可靠性提供数据基础。3、以所有组件的固有可靠性模型和终端的任务可靠性模型为基础,可以进行终端系统的任务可靠度函数研究。根据此函数结合可靠性理论知识可以对终端设备的使用寿命做出预估。为了解决终端系统可靠性较低的问题,提出冗余设计解决方案并研究其提升效率。通过将本文研究方法推广,可以研究终端的基本可靠性,这意味着本文的研究方法具有一定的普适性价值。4、以终端所处工作环境的分析为基础,对终端所用的器件进行空间辐射环境下损伤分析。根据器件损伤的积累效应,利用数学方法研究辐射环境对终端组件可靠性的影响并进行仿真验证。通过研究发现可以引入一个正态分布累积分布函数作为环境影响因子来描述器件可靠性的降低。基于器件辐射环境中退化和终端可靠性模型,可以研究终端系统在环境中的退化。本文建立了卫星激光通信终端的可靠性模型,并以此为基础研究了其任务可靠性和基本可靠性,以及空间环境对其终端可靠性的影响。为激光通信终端产品的使用提供了可靠性技术支持,也为未来星间和星间通信系统的可靠性评估提供了理论依据。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

图 1-2 某卫星光通信星上终端结构原理图阶段卫星光通信已经初步研发试验成功，正在逐渐产业化。作为一个商，该终端的维修代价极大，通常认为是不可修复产品。所以需要很长的此对终端的可靠性分析很有必要。本研究为评估卫星光通信终端产品可了一种理论方法和技术支持，同时也为激光通信终端产品的使用提供了持。此外，本研究还为其他光机电设备的可靠性评估提供了一个例子。激光通信技术国内外研究进展国际上来看，激光通信技术的发展可以分为准备时期和试验时期。在上，国际上一些国家开始进行激光通信技术的探索。在这个阶段，研究的集中在基础理论的突破、基础器件的发明与更新和终端的研制。之后，末进入试验时期，各国开始针对研发的终端设备进行在轨试验验证。下国内外角度介绍激光通信技术的发展。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文流星体和空间碎片属于一种特别小概率发生的事件。航天运动状态，如果此时遇到微流星体或者空间碎片的碰撞，构产生巨大的损伤，严重的会导致航天器破裂或者解体。间环境对航天设备的作用是一种综合效应。如图 1-3 所示。响；☆表示有一般影响。从 1-3 可以看出，针对航天设备，和辐射环境。真空对设备的影响可以通过设计进行消除，小的事件，所以实际上这些因素对终端设备的影响比较小

图 3-1 光学元件有限元模型1 所建立的模型进行网格化划分，一共划分了，计算出总体在不同热应力条件下的热形变结果图 3-2 光学元件热形变图表 3-2 不同热应力条件下透镜的形变量 25 30 40 50 3.07×10-50.0001 0.00026 0.0004

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