轻小型潜望式激光通信终端粗跟瞄机构研究
发布时间：2021-01-18 17:21
空间激光通信技术作为一种高速率的通信方式,已成为打破微波通信速率提高困难的瓶颈,实现卫星海量数据高速传输极具发展前景的潜在通信手段。而激光通信粗跟瞄机构作为承载光学通信系统的重要组成部分,是成功实现星间通信的前提。本文针对空间激光通信系统轻小型化的需求,开展了轻小型潜望式激光通信终端粗跟瞄机构的设计与关键技术研究。通过查阅资料,分析小卫星激光通信系统所受空间环境约束影响,确立激光通信系统技术指标,对比分析经典的通信系统结构形式,最终确定本文设计的激光通信粗跟瞄机构形式为潜望式;从确立总体结构、材料选型、轴系建立、零部件轻量化等方面对粗跟瞄机构进行了详细的轻小型化设计;结合系统所受空间热力学环境的影响,完成了反射镜组件的镜面面形优化设计,并进行了反射镜组件扫频实验与镜面面形检测试验。分析影响潜望式激光通信系统指向精度的因素,建立误差传递链路,完成光束传输数学模型的建立,用Matlab软件对数学模型进行仿真,得到系统指向误差与方位轴系晃动、俯仰轴系晃动之间的关系,确立方位轴系晃动与俯仰轴系晃动的误差范围,并完成实际轴系晃动量的检测;针对粗跟瞄机构的锁紧/解锁需求,设计了一种基于形状记忆合金...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LLCD计划系统构成
第1章绪论3如图1.2所示。2016年8月，由于OCSD-A软件模块在上注升级后整星进行了一次系统重启，随后姿控系统工作出现异常，而姿控系统是与激光通信实验装置锁定的，因此这次在轨实验中无法进行激光通信的实验。图1.2Pathfinder卫星2017年11月，Areocube-7B/C随Cygus飞船到达国际空间站，2017年12月，Cygus飞船离开国际空间站，升轨到450km，随后释放Areocube-7B/C两颗卫星，卫星机构如图1.3所示，激光通信载荷OCSD-B/C分别搭载于这两颗卫星上，OCSD-B/C载荷重量为360g，输出功率为（2～4）W。2018年8月2日，Areocube-7B/C卫星成功在轨进行了100Mbps的激光下行链路测试，完成了立方星平台的首次激光通信星地下行传输，在50Mbps传输速率下有25s比较稳定地达到1e-6的误码率。a）b）图1.3Aerocube-7B/C卫星a）卫星实物图b）卫星结构图2018年底，Areocube-11A/B双星随NASA的ElaNaXIX任务由RocketLab的Electron火箭送入太空，结构如图1.4所示。Areocube-11两颗卫星上都携带了激光通信载荷用于传输星上载荷在空间获取的数据。Areocube-11A/B上搭载的激光通信载荷的指向关节为单轴机构，配合卫星自身旋转可实现二维指向。
第1章绪论4图1.4Areocube-11A/B卫星2017年，NASA的SSTP项目批准了一批新启动项目，其中包括CLICK（CubesatLaserIntersatelliteCrosslink）[10]，该项目旨在用两颗立方星在LEO轨道验证星间激光通信技术，由UniversityofFlorida、MIT和NASA共同合作。MIT在2018年宣布，将基于在NODE(NanosatelliteOpticalDownlinkExperiment)项目上的载荷成果进行设计，星间激光通信载荷为2U，搭载于6U卫星平台上，目标是建立（10～855）km的星间距离内20Mbps的全双工激光通信，NODE系统布局如图1.5所示。图1.5NODE系统布局图2）欧洲激光通信技术发展欧洲激光通信技术处于世界前沿，经过多年的研究已经初见成果，其中具有代表性国家有德国、法国等。2002年11月，由德国航天中心（DLR）资助的LCTSX项目正式启动，主要是通过GEO与GEO、GEO与LEO、GEO与地面站间的激光链路验证空间激光通信的可靠性。LCTSX系统的两个激光通信终端LCTs为潜望式结构终端，一个在2007年4月搭载在美国的LEO卫星NFIRE上发射升空，另一个在2007年6月搭载德国的LEO卫星TerraSAR-X上升空[11-12]，激光通信终端结构如图1.6所示，两者在2008年2月成功进行了国际上首次星间相干激光通信实验，技术指标如表1.2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载长寿命导电滑环的传输可靠性评估[J]. 刘兴富,朱野,刘会杰,赵灵峰,谢卓辰. 光学精密工程. 2019(09)
[2]空间信息网络与激光通信发展现状及趋势[J]. 姜会林,付强,赵义武,刘显著. 物联网学报. 2019(02)
[3]中国现代小卫星发展成就与展望[J]. 白照广. 航天器工程. 2019(02)
[4]星地激光通信可靠性保障技术研究现状[J]. 徐晓帆,陆洲. 中国电子科学研究院学报. 2018(06)
[5]某星载设备的振动夹具设计[J]. 马振兴,宋志国. 电子机械工程. 2018(05)
[6]空间轻小型反射镜柔性支撑设计与动力学分析[J]. 柳鸣,张立中,李响,李小明,张家齐,孟立新,刘俊杰. 光电工程. 2018(05)
[7]立方星星箭分离电磁解锁机构[J]. 张佼龙,周军. 光学精密工程. 2018(03)
[8]航天器非火工释放装置研究进展[J]. 杨斌久,王振威,盖玉先. 机械设计与制造. 2018(03)
[9]星载激光通信端机形状记忆合金锁紧机构研究[J]. 张家齐,王爱华,邓宁. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]墨子号提前一年完成全部既定科学目标[J]. 王海名. 空间科学学报. 2017(06)
博士论文
[1]空间光网络路由与资源管理技术研究[D]. 文国莉.北京邮电大学 2018
[2]星间激光通信若干关键技术研究[D]. 焦仲科.中国科学院光电技术研究所 2017
[3]空间激光通信光学天线及粗跟踪技术研究[D]. 鄢永耀.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]多框架光电平台控制系统研究[D]. 毕永利.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]NiTi形状记忆合金热变形行为及变形机理的研究[D]. 于雪梅.沈阳工业大学 2019
[2]卫星光通信用潜望式粗跟踪转台伺服控制系统[D]. 龚文.长春理工大学 2019
[3]单反镜式激光通信跟瞄系统关键技术研究[D]. 孟令臣.长春理工大学 2019
[4]机载光电平台的结构设计及分析[D]. 林宏旭.大连理工大学 2018
[5]微小型卫星激光通信终端跟瞄机构的研究[D]. 吕佳飞.长春理工大学 2017
[6]视频相机反射镜组件结构设计及其胶结工艺研究[D]. 郭骏立.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：2985338
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LLCD计划系统构成
第1章绪论3如图1.2所示。2016年8月，由于OCSD-A软件模块在上注升级后整星进行了一次系统重启，随后姿控系统工作出现异常，而姿控系统是与激光通信实验装置锁定的，因此这次在轨实验中无法进行激光通信的实验。图1.2Pathfinder卫星2017年11月，Areocube-7B/C随Cygus飞船到达国际空间站，2017年12月，Cygus飞船离开国际空间站，升轨到450km，随后释放Areocube-7B/C两颗卫星，卫星机构如图1.3所示，激光通信载荷OCSD-B/C分别搭载于这两颗卫星上，OCSD-B/C载荷重量为360g，输出功率为（2～4）W。2018年8月2日，Areocube-7B/C卫星成功在轨进行了100Mbps的激光下行链路测试，完成了立方星平台的首次激光通信星地下行传输，在50Mbps传输速率下有25s比较稳定地达到1e-6的误码率。a）b）图1.3Aerocube-7B/C卫星a）卫星实物图b）卫星结构图2018年底，Areocube-11A/B双星随NASA的ElaNaXIX任务由RocketLab的Electron火箭送入太空，结构如图1.4所示。Areocube-11两颗卫星上都携带了激光通信载荷用于传输星上载荷在空间获取的数据。Areocube-11A/B上搭载的激光通信载荷的指向关节为单轴机构，配合卫星自身旋转可实现二维指向。
第1章绪论4图1.4Areocube-11A/B卫星2017年，NASA的SSTP项目批准了一批新启动项目，其中包括CLICK（CubesatLaserIntersatelliteCrosslink）[10]，该项目旨在用两颗立方星在LEO轨道验证星间激光通信技术，由UniversityofFlorida、MIT和NASA共同合作。MIT在2018年宣布，将基于在NODE(NanosatelliteOpticalDownlinkExperiment)项目上的载荷成果进行设计，星间激光通信载荷为2U，搭载于6U卫星平台上，目标是建立（10～855）km的星间距离内20Mbps的全双工激光通信，NODE系统布局如图1.5所示。图1.5NODE系统布局图2）欧洲激光通信技术发展欧洲激光通信技术处于世界前沿，经过多年的研究已经初见成果，其中具有代表性国家有德国、法国等。2002年11月，由德国航天中心（DLR）资助的LCTSX项目正式启动，主要是通过GEO与GEO、GEO与LEO、GEO与地面站间的激光链路验证空间激光通信的可靠性。LCTSX系统的两个激光通信终端LCTs为潜望式结构终端，一个在2007年4月搭载在美国的LEO卫星NFIRE上发射升空，另一个在2007年6月搭载德国的LEO卫星TerraSAR-X上升空[11-12]，激光通信终端结构如图1.6所示，两者在2008年2月成功进行了国际上首次星间相干激光通信实验，技术指标如表1.2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载长寿命导电滑环的传输可靠性评估[J]. 刘兴富,朱野,刘会杰,赵灵峰,谢卓辰. 光学精密工程. 2019(09)
[2]空间信息网络与激光通信发展现状及趋势[J]. 姜会林,付强,赵义武,刘显著. 物联网学报. 2019(02)
[3]中国现代小卫星发展成就与展望[J]. 白照广. 航天器工程. 2019(02)
[4]星地激光通信可靠性保障技术研究现状[J]. 徐晓帆,陆洲. 中国电子科学研究院学报. 2018(06)
[5]某星载设备的振动夹具设计[J]. 马振兴,宋志国. 电子机械工程. 2018(05)
[6]空间轻小型反射镜柔性支撑设计与动力学分析[J]. 柳鸣,张立中,李响,李小明,张家齐,孟立新,刘俊杰. 光电工程. 2018(05)
[7]立方星星箭分离电磁解锁机构[J]. 张佼龙,周军. 光学精密工程. 2018(03)
[8]航天器非火工释放装置研究进展[J]. 杨斌久,王振威,盖玉先. 机械设计与制造. 2018(03)
[9]星载激光通信端机形状记忆合金锁紧机构研究[J]. 张家齐,王爱华,邓宁. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]墨子号提前一年完成全部既定科学目标[J]. 王海名. 空间科学学报. 2017(06)
博士论文
[1]空间光网络路由与资源管理技术研究[D]. 文国莉.北京邮电大学 2018
[2]星间激光通信若干关键技术研究[D]. 焦仲科.中国科学院光电技术研究所 2017
[3]空间激光通信光学天线及粗跟踪技术研究[D]. 鄢永耀.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]多框架光电平台控制系统研究[D]. 毕永利.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]NiTi形状记忆合金热变形行为及变形机理的研究[D]. 于雪梅.沈阳工业大学 2019
[2]卫星光通信用潜望式粗跟踪转台伺服控制系统[D]. 龚文.长春理工大学 2019
[3]单反镜式激光通信跟瞄系统关键技术研究[D]. 孟令臣.长春理工大学 2019
[4]机载光电平台的结构设计及分析[D]. 林宏旭.大连理工大学 2018
[5]微小型卫星激光通信终端跟瞄机构的研究[D]. 吕佳飞.长春理工大学 2017
[6]视频相机反射镜组件结构设计及其胶结工艺研究[D]. 郭骏立.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：2985338
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