基于自由曲面的离轴反射式光学系统设计技术研究
发布时间：2021-12-31 20:49
空间光通信是以光波为载波,在空间实现数据信息无线传输的通信方式。因其具有传输速率高、抗干扰能力强和保密性强等优点,各国积极开展空间光通信各项关键技术的研究,多套空间光通信终端从实验研究阶段走到了实际应用阶段。随着猎鹰9号火箭成功将60颗卫星（Starlink计划）送入太空以及通信技术的发展需求,建设可覆盖全球的空间光通信网络大势所趋,这给空间光通信终端的发展带来了机遇与挑战。在这种趋势下,空间光通信终端首先要满足的是Low SWaP（size,weight,and power,即体积小、质量轻、功耗低）指标,以实现空间应用对有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。光学天线是光通信终端的核心组成部分之一,主要负责信号的发射和接收,其性能将对空间光通信终端的结构、性能产生巨大的影响。然而,传统光学天线大多采用的是将同轴反射式光学系统聚焦再准直的结构形式,存在中心遮拦,通信效率较低,其有效视场相对较小,导致空间光通信终端中ATP系统架构采用的是粗、精跟踪分离的结构形式,这种结构形式相对复杂。因此,提高光学系统效率、增大光学系统有效视场成为光学天线重点发展方向之一。近年来,自由曲面在成像光学系统...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DSOT光学终端概念图[29]
4图1.1DSOT光学终端概念图[29]Figure1.1ConceptofDSOTopticalterminal[29]2007年，法国国防部计划并完成LOLA实现全球首个40000km距离的大气层连接地球同步卫星和飞机的项目。LOLA所搭载的光学天线采用的系统为含有快摆镜的无孔径遮拦的离轴三反消像散光学系统，如图1.2所示。为了提高光学系统应用性能，其主镜、次镜和三镜均采用非球面面形，其中快摆镜的主要作用是减小光学系统的整体尺寸。光学系统设计波长为848nm，实现20倍的放大倍率，在实验验证过程中，系统波像差RMS达到λ/17[30]。图1.2LOLA光学系统示意图[30]Figure1.2SchematicdiagramofopticalsystemofLOLA[30]2001年，瑞士Contraves空间中心设计的OPTEL-25空间光通信终端采用的是离轴四反结构，如图1.3所示。为了提高光学系统实际应用性能，其主镜、次镜和四镜均采用抛物面的面形形式，三镜为平面。有效口径为135mm，有效视
5场为1度，工作波长范围为808nm和1064nm，在1度视场内，放大倍率为10倍，波像差达到1/25波长[31]。图1.3OPTEL-25光学系统示意图[31]Figure1.3SchematicdiagramofopticalsystemofOPTEL-25[31]除了以上三种典型的离轴聚焦系统外，RUAGSpace设计的OPTEL所采用的光学天线采用离轴无焦（平行光进，平行光出）结构，如图1.4所示，其有效口径为135mm，发射、接收波长分别1064nm和1550nm，在保证成像质量的情况下，视场达到±0.3[32]。图1.4OPTEL-D光学天线示意图[32]Figure1.4SchematicdiagramofopticalantennaofOPTEL-D[32]与国外发展较快的国家相比，国内在空间光通信领域研究起步稍晚，投资有限，但是在光通信光学天线设计领域也取得了一些成果。电子科技大学和武汉大学等研制的激光通信光学终端实现了地面较高速实时通信；长春理工大学等，在空地激光通信领域取得显著成果，并开展激光通信组网研究；上海光机所在水下
【参考文献】：
期刊论文
[1]大倍率离轴无焦四反光学系统设计[J]. 陈胜楠,姜会林,王春艳,陈哲. 中国光学. 2020(01)
[2]离轴四反射镜衍射成像光学系统设计[J]. 何传王,汪利华,黄鹏,董小春,范斌. 光电工程. 2019(11)
[3]太空大航海时代来临Space X60颗星链卫星部署成功[J]. 技术与市场. 2019(07)
[4]SpaceX启动大规模试验星部署的几点分析[J]. 李博. 国际太空. 2019(06)
[5]空间激光通信最新进展与发展趋势[J]. 高铎瑞,李天伦,孙悦,汪伟,胡辉,孟佳成,郑运强,谢小平. 中国光学. 2018(06)
[6]结合面型和视场优化策略的自由曲面设计方法[J]. 姚艳霞,袁群,陈露,窦沂蒙,殷慧敏,高志山. 红外与激光工程. 2018(10)
[7]基于自由曲面的大视场空间相机光学系统设计[J]. 李旭阳,倪栋伟,杨明洋,任志广. 光子学报. 2018(09)
[8]空间激光通信研究现状及发展趋势[J]. 任伟. 中国新通信. 2017(24)
[9]离轴式共口径激光通信光学系统设计[J]. 王蕴琦,刘伟奇,付瀚毅,高世杰,吴佳彬. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[10]空间激光通信离轴两镜反射望远镜自由曲面光学天线设计[J]. 关姝,王超,佟首峰,姜会林,常帅,范雪冰. 红外与激光工程. 2017(12)
博士论文
[1]大气激光通信数字相干探测关键技术研究[D]. 李学良.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]基于矢量像差理论的离轴反射系统失调校正研究[D]. 张晓彬.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]空间光通信多孔径接收系统性能研究[D]. 李康宁.哈尔滨工业大学 2017
[4]空间光学自由曲面应用的关键技术研究[D]. 胡海翔.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[5]星间相干激光通信保偏光学系统研究[D]. 杨宇飞.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[6]光学自由曲面子孔径拼接干涉检测技术[D]. 张磊.浙江大学 2016
[7]光学自由曲面的表征方法与技术研究[D]. 叶井飞.南京理工大学 2016
[8]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
[9]空间相干光通信终端光学系统研究[D]. 赵意意.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[10]基于多重倾斜波面的光学自由曲面非零位干涉测量关键技术研究[D]. 沈华.南京理工大学 2014
硕士论文
[1]基于自由曲面的多孔径成像系统的研究[D]. 周璐阳.哈尔滨工业大学 2019
[2]带本振光的自相干光通信系统分析[D]. 刘侃.电子科技大学 2018
[3]自由曲面在大视场红外相机中的应用研究[D]. 周鑫.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[4]无线光通信系统光学天线设计研究[D]. 胡瑶.华中科技大学 2017
[5]基于Q-type多项式的自由曲面表征函数及其在成像光学系统中的应用研究[D]. 李闯.长春理工大学 2017
[6]离轴反射式扩束系统研究[D]. 武越.长春理工大学 2016
[7]自由曲面离轴反射式光学系统设计[D]. 王伟.南京理工大学 2016
[8]卫星光通信系统中反射式光学天线优化设计[D]. 王鑫磊.哈尔滨工业大学 2014
[9]光学自由曲面面形描述方法和光线追迹模型的研究[D]. 朱进.南京理工大学 2012
[10]光学自由曲面检测光路方案及关键部件设计研究[D]. 倪江楠.南京理工大学 2011
本文编号：3560952
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DSOT光学终端概念图[29]
4图1.1DSOT光学终端概念图[29]Figure1.1ConceptofDSOTopticalterminal[29]2007年，法国国防部计划并完成LOLA实现全球首个40000km距离的大气层连接地球同步卫星和飞机的项目。LOLA所搭载的光学天线采用的系统为含有快摆镜的无孔径遮拦的离轴三反消像散光学系统，如图1.2所示。为了提高光学系统应用性能，其主镜、次镜和三镜均采用非球面面形，其中快摆镜的主要作用是减小光学系统的整体尺寸。光学系统设计波长为848nm，实现20倍的放大倍率，在实验验证过程中，系统波像差RMS达到λ/17[30]。图1.2LOLA光学系统示意图[30]Figure1.2SchematicdiagramofopticalsystemofLOLA[30]2001年，瑞士Contraves空间中心设计的OPTEL-25空间光通信终端采用的是离轴四反结构，如图1.3所示。为了提高光学系统实际应用性能，其主镜、次镜和四镜均采用抛物面的面形形式，三镜为平面。有效口径为135mm，有效视
5场为1度，工作波长范围为808nm和1064nm，在1度视场内，放大倍率为10倍，波像差达到1/25波长[31]。图1.3OPTEL-25光学系统示意图[31]Figure1.3SchematicdiagramofopticalsystemofOPTEL-25[31]除了以上三种典型的离轴聚焦系统外，RUAGSpace设计的OPTEL所采用的光学天线采用离轴无焦（平行光进，平行光出）结构，如图1.4所示，其有效口径为135mm，发射、接收波长分别1064nm和1550nm，在保证成像质量的情况下，视场达到±0.3[32]。图1.4OPTEL-D光学天线示意图[32]Figure1.4SchematicdiagramofopticalantennaofOPTEL-D[32]与国外发展较快的国家相比，国内在空间光通信领域研究起步稍晚，投资有限，但是在光通信光学天线设计领域也取得了一些成果。电子科技大学和武汉大学等研制的激光通信光学终端实现了地面较高速实时通信；长春理工大学等，在空地激光通信领域取得显著成果，并开展激光通信组网研究；上海光机所在水下
【参考文献】：
期刊论文
[1]大倍率离轴无焦四反光学系统设计[J]. 陈胜楠,姜会林,王春艳,陈哲. 中国光学. 2020(01)
[2]离轴四反射镜衍射成像光学系统设计[J]. 何传王,汪利华,黄鹏,董小春,范斌. 光电工程. 2019(11)
[3]太空大航海时代来临Space X60颗星链卫星部署成功[J]. 技术与市场. 2019(07)
[4]SpaceX启动大规模试验星部署的几点分析[J]. 李博. 国际太空. 2019(06)
[5]空间激光通信最新进展与发展趋势[J]. 高铎瑞,李天伦,孙悦,汪伟,胡辉,孟佳成,郑运强,谢小平. 中国光学. 2018(06)
[6]结合面型和视场优化策略的自由曲面设计方法[J]. 姚艳霞,袁群,陈露,窦沂蒙,殷慧敏,高志山. 红外与激光工程. 2018(10)
[7]基于自由曲面的大视场空间相机光学系统设计[J]. 李旭阳,倪栋伟,杨明洋,任志广. 光子学报. 2018(09)
[8]空间激光通信研究现状及发展趋势[J]. 任伟. 中国新通信. 2017(24)
[9]离轴式共口径激光通信光学系统设计[J]. 王蕴琦,刘伟奇,付瀚毅,高世杰,吴佳彬. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[10]空间激光通信离轴两镜反射望远镜自由曲面光学天线设计[J]. 关姝,王超,佟首峰,姜会林,常帅,范雪冰. 红外与激光工程. 2017(12)
博士论文
[1]大气激光通信数字相干探测关键技术研究[D]. 李学良.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]基于矢量像差理论的离轴反射系统失调校正研究[D]. 张晓彬.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]空间光通信多孔径接收系统性能研究[D]. 李康宁.哈尔滨工业大学 2017
[4]空间光学自由曲面应用的关键技术研究[D]. 胡海翔.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[5]星间相干激光通信保偏光学系统研究[D]. 杨宇飞.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[6]光学自由曲面子孔径拼接干涉检测技术[D]. 张磊.浙江大学 2016
[7]光学自由曲面的表征方法与技术研究[D]. 叶井飞.南京理工大学 2016
[8]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
[9]空间相干光通信终端光学系统研究[D]. 赵意意.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[10]基于多重倾斜波面的光学自由曲面非零位干涉测量关键技术研究[D]. 沈华.南京理工大学 2014
硕士论文
[1]基于自由曲面的多孔径成像系统的研究[D]. 周璐阳.哈尔滨工业大学 2019
[2]带本振光的自相干光通信系统分析[D]. 刘侃.电子科技大学 2018
[3]自由曲面在大视场红外相机中的应用研究[D]. 周鑫.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[4]无线光通信系统光学天线设计研究[D]. 胡瑶.华中科技大学 2017
[5]基于Q-type多项式的自由曲面表征函数及其在成像光学系统中的应用研究[D]. 李闯.长春理工大学 2017
[6]离轴反射式扩束系统研究[D]. 武越.长春理工大学 2016
[7]自由曲面离轴反射式光学系统设计[D]. 王伟.南京理工大学 2016
[8]卫星光通信系统中反射式光学天线优化设计[D]. 王鑫磊.哈尔滨工业大学 2014
[9]光学自由曲面面形描述方法和光线追迹模型的研究[D]. 朱进.南京理工大学 2012
[10]光学自由曲面检测光路方案及关键部件设计研究[D]. 倪江楠.南京理工大学 2011
本文编号：3560952
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