星载激光通信端机指向误差分析及振动特性研究
发布时间：2022-02-20 01:46
卫星传统微波通信正面临着严峻的容量瓶颈问题,而激光通信与微波通信相比除了具有高传输速率优势外,还具有保密性及抗干扰能力强、测量精度高、作用距离远、终端设备体积及重量小、功耗低等优点,是取代卫星微波通信的极佳选择,多个国家已经在空间光通信领域展开激烈竞争。为了保证激光通信链路的快速顺利建立和高通信传输速率的稳定,星载激光通信端机需要具有高指向精度。考虑到星载激光通信系统需具有足够的控制带宽和发射升空时要经历复杂强烈的振动环境,星载激光通信端机应具有良好的振动特性。本文在总结常用星载激光通信端机结构形式的基础上,提出一种较新颖的端机结构设计方案,并围绕指向误差和振动特性展开分析和研究。在比较全面详细地介绍了国内外星载激光通信端机研究现状的基础上,将端机结构形式分为三大类:二维摆镜式、潜望镜式和经纬仪式,并详细分析了每一类型的优缺点。根据端机实际使用要求,选择经纬仪式端机结构形式作为最终星载激光通信端机的研制路线。经过计算,发现T型跟踪架俯仰轴弯曲变形会引起较大较复杂的视轴指向误差,给地面装调、测试等造成一定的困难,而U型跟踪架不存在此问题。又考虑到使用库德光路的优势,提出一种基于库德光路的...
【文章来源】：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)吉林省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究课题背景及意义
1.2 星载激光通信系统研究及进展现状
1.2.1 国外研究及进展现状
1.2.2 国内研究及进展现状
1.3 光电设备转台指向误差研究现状
1.4 结构振动分析现状
1.5 主要研究内容及章节安排
第2章 端机结构形式与组成
2.1 引言
2.2 端机结构形式及选择
2.2.1 端机结构形式种类
2.2.2 端机结构形式确定
2.3 端机部分结构技术指标
2.4 端机总体设计
2.4.1 端机整体组成
2.4.2 轴角编码器
2.4.3 无刷力矩电机
2.4.4 杂散光抑制结构
2.5 本章小结
第3章 信标光指向误差数学模型建立与仿真分析
3.1 引言
3.2 多体系统误差描述理论
3.2.1 拓扑结构
3.2.2 变换矩阵
3.2.3 目标体误差
3.3 误差源分析及坐标系建立
3.4 信标光指向误差数学模型建立
3.4.1 星体与方位轴之间特征矩阵
3.4.2 方位轴与俯仰轴之间特征矩阵
3.4.3 俯仰轴与信标光轴之间特征矩阵
3.4.4 指向误差数学模型
3.5 信标光指向误差数值仿真分析
3.5.1 单项误差源影响
3.5.2 误差源综合影响
3.6 本章小结
第4章 信号光指向误差数学模型建立与仿真分析
4.1 引言
4.2 光反射计算公式
4.3 库德镜坐标系建立
4.4 库德镜法向量变换矩阵
4.5 信号光指向误差数学模型建立
4.6 信号光指向误差数值仿真分析
4.6.1 单项误差源影响
4.6.2 误差源综合影响
4.7 本章小结
第5章 端机振动有限元分析
5.1 引言
5.2 振动基础理论
5.2.1 模态分析理论
5.2.2 谐响应分析理论
5.2.3 随机振动分析理论
5.3 锁紧装置选择
5.3.1 爆炸螺栓
5.3.2 记忆金属分离螺母
5.4 有限元模型建立
5.5 振动有限元分析
5.5.1 模态分析
5.5.2 正弦振动分析
5.5.3 随机振动分析
5.6 本章小结
第6章 端机测试试验
6.1 引言
6.2 振动试验平台搭建
6.3 振动试验结果与分析
6.3.1 扫频试验结果与分析
6.3.2 正弦振动试验结果与分析
6.3.3 随机振动试验结果与分析
6.3.4 锁紧力试验结果与分析
6.4 指向误差相关试验与分析
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 研究内容总结
7.2 研究内容创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿里原初引力波探测望远镜的三轴转台设计[J]. 王宇哲,段艳宾,李扬. 无线电工程. 2019(08)
[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]空间激光通信发展现状及组网新方法[J]. 任建迎,孙华燕,张来线,张天齐. 激光与红外. 2019(02)
[4]三轴转台系统姿态变化下指向误差建模与分析[J]. 康跃然,肖本龙,傅亦源,牛凤梁. 制造业自动化. 2018(12)
[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]二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术[J]. 张家齐,张立中,董科研,王超,李小明. 中国光学. 2018(04)
[7]谈未来移动通信技术发展趋势与展望[J]. 张伟. 数字通信世界. 2017(05)
[8]航空激光通信系统的特性分析及机载激光通信实验[J]. 宋延嵩,常帅,佟首峰,张立中,姜会林,董岩,董科研,赵馨,张雷. 中国激光. 2016(12)
[9]光电编码器的动态误码检测系统[J]. 于海,万秋华,梁立辉,王树洁. 红外与激光工程. 2016(09)
[10]小型编码器动态精度检测的安装误差控制[J]. 张洪波,万秋华,王树洁,于海,梁立辉. 光学精密工程. 2016(07)
博士论文
[1]大幅宽高分辨光学卫星一体化结构多目标优化设计[D]. 杨林.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) 2019
[2]基于大口径望远镜的星地激光通信地面站关键技术研究[D]. 陈莫.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[3]近地激光通信端机粗精跟踪系统非线性振动特性分析与优化[D]. 王涛.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
[4]卫星主承力构件与光学相机的共结构设计及动力学优化[D]. 谭陆洋.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[5]长焦距宽视场空间相机主支撑结构优化设计[D]. 魏磊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[6]大型望远镜指向精度及轴系技术研究[D]. 黄龙.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[7]卫星光通信捕获跟踪技术研究[D]. 薛正燕.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[8]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[9]基于正交分解的随机振动响应分析与随机载荷识别研究[D]. 廖俊.哈尔滨工业大学 2011
[10]潜望式卫星光通信终端45度镜空间温变特性及影响研究[D]. 宋义伟.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]星载天线指向机构设计与仿真分析验证[D]. 董嘉珩.吉林大学 2019
[2]空天地一体化网络无线资源管理与传输协议优化研究[D]. 陈娅婷.北京交通大学 2019
[3]空间激光通信光斑位置检测与跟踪系统设计[D]. 张圆清.西安理工大学 2018
[4]X-Y型空间二维指向机构误差研究[D]. 张世德.燕山大学 2018
[5]基于有限元的爆炸螺栓断裂特性研究[D]. 杨浩.哈尔滨工业大学 2017
[6]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
[7]基于星间激光通信终端的光学天线设计与杂散光研究[D]. 杨成龙.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2016
[8]卫星光通信光学天线光机系统设计及自重形变的有限元分析[D]. 杜继东.哈尔滨工业大学 2014
[9]高精度三轴测试转台的研制[D]. 李凡.华中科技大学 2014
[10]高精度二维转台的设计与研究[D]. 张西龙.长春工业大学 2013
本文编号：3634054
【文章来源】：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)吉林省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究课题背景及意义
1.2 星载激光通信系统研究及进展现状
1.2.1 国外研究及进展现状
1.2.2 国内研究及进展现状
1.3 光电设备转台指向误差研究现状
1.4 结构振动分析现状
1.5 主要研究内容及章节安排
第2章 端机结构形式与组成
2.1 引言
2.2 端机结构形式及选择
2.2.1 端机结构形式种类
2.2.2 端机结构形式确定
2.3 端机部分结构技术指标
2.4 端机总体设计
2.4.1 端机整体组成
2.4.2 轴角编码器
2.4.3 无刷力矩电机
2.4.4 杂散光抑制结构
2.5 本章小结
第3章 信标光指向误差数学模型建立与仿真分析
3.1 引言
3.2 多体系统误差描述理论
3.2.1 拓扑结构
3.2.2 变换矩阵
3.2.3 目标体误差
3.3 误差源分析及坐标系建立
3.4 信标光指向误差数学模型建立
3.4.1 星体与方位轴之间特征矩阵
3.4.2 方位轴与俯仰轴之间特征矩阵
3.4.3 俯仰轴与信标光轴之间特征矩阵
3.4.4 指向误差数学模型
3.5 信标光指向误差数值仿真分析
3.5.1 单项误差源影响
3.5.2 误差源综合影响
3.6 本章小结
第4章 信号光指向误差数学模型建立与仿真分析
4.1 引言
4.2 光反射计算公式
4.3 库德镜坐标系建立
4.4 库德镜法向量变换矩阵
4.5 信号光指向误差数学模型建立
4.6 信号光指向误差数值仿真分析
4.6.1 单项误差源影响
4.6.2 误差源综合影响
4.7 本章小结
第5章 端机振动有限元分析
5.1 引言
5.2 振动基础理论
5.2.1 模态分析理论
5.2.2 谐响应分析理论
5.2.3 随机振动分析理论
5.3 锁紧装置选择
5.3.1 爆炸螺栓
5.3.2 记忆金属分离螺母
5.4 有限元模型建立
5.5 振动有限元分析
5.5.1 模态分析
5.5.2 正弦振动分析
5.5.3 随机振动分析
5.6 本章小结
第6章 端机测试试验
6.1 引言
6.2 振动试验平台搭建
6.3 振动试验结果与分析
6.3.1 扫频试验结果与分析
6.3.2 正弦振动试验结果与分析
6.3.3 随机振动试验结果与分析
6.3.4 锁紧力试验结果与分析
6.4 指向误差相关试验与分析
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 研究内容总结
7.2 研究内容创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿里原初引力波探测望远镜的三轴转台设计[J]. 王宇哲,段艳宾,李扬. 无线电工程. 2019(08)
[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]空间激光通信发展现状及组网新方法[J]. 任建迎,孙华燕,张来线,张天齐. 激光与红外. 2019(02)
[4]三轴转台系统姿态变化下指向误差建模与分析[J]. 康跃然,肖本龙,傅亦源,牛凤梁. 制造业自动化. 2018(12)
[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]二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术[J]. 张家齐,张立中,董科研,王超,李小明. 中国光学. 2018(04)
[7]谈未来移动通信技术发展趋势与展望[J]. 张伟. 数字通信世界. 2017(05)
[8]航空激光通信系统的特性分析及机载激光通信实验[J]. 宋延嵩,常帅,佟首峰,张立中,姜会林,董岩,董科研,赵馨,张雷. 中国激光. 2016(12)
[9]光电编码器的动态误码检测系统[J]. 于海,万秋华,梁立辉,王树洁. 红外与激光工程. 2016(09)
[10]小型编码器动态精度检测的安装误差控制[J]. 张洪波,万秋华,王树洁,于海,梁立辉. 光学精密工程. 2016(07)
博士论文
[1]大幅宽高分辨光学卫星一体化结构多目标优化设计[D]. 杨林.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) 2019
[2]基于大口径望远镜的星地激光通信地面站关键技术研究[D]. 陈莫.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[3]近地激光通信端机粗精跟踪系统非线性振动特性分析与优化[D]. 王涛.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
[4]卫星主承力构件与光学相机的共结构设计及动力学优化[D]. 谭陆洋.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[5]长焦距宽视场空间相机主支撑结构优化设计[D]. 魏磊.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[6]大型望远镜指向精度及轴系技术研究[D]. 黄龙.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[7]卫星光通信捕获跟踪技术研究[D]. 薛正燕.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[8]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[9]基于正交分解的随机振动响应分析与随机载荷识别研究[D]. 廖俊.哈尔滨工业大学 2011
[10]潜望式卫星光通信终端45度镜空间温变特性及影响研究[D]. 宋义伟.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]星载天线指向机构设计与仿真分析验证[D]. 董嘉珩.吉林大学 2019
[2]空天地一体化网络无线资源管理与传输协议优化研究[D]. 陈娅婷.北京交通大学 2019
[3]空间激光通信光斑位置检测与跟踪系统设计[D]. 张圆清.西安理工大学 2018
[4]X-Y型空间二维指向机构误差研究[D]. 张世德.燕山大学 2018
[5]基于有限元的爆炸螺栓断裂特性研究[D]. 杨浩.哈尔滨工业大学 2017
[6]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
[7]基于星间激光通信终端的光学天线设计与杂散光研究[D]. 杨成龙.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2016
[8]卫星光通信光学天线光机系统设计及自重形变的有限元分析[D]. 杜继东.哈尔滨工业大学 2014
[9]高精度三轴测试转台的研制[D]. 李凡.华中科技大学 2014
[10]高精度二维转台的设计与研究[D]. 张西龙.长春工业大学 2013
本文编号：3634054
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