[發明專利]一種空地激光通信中的超前瞄準方法

有效

• 申請號: 201210275832.5
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102830714A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 周輝;張亮;吳金才;賈建軍;王建宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;H04B10/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

1.一種空地激光通信中星上終端的超前瞄準方法，它是基于包括GPS系統（1）、姿態測量系統（2）的衛星平臺和包括轉臺轉角測量系統（3）、超前瞄準計算模塊（4）、精跟蹤系統（5）以及光電二維轉臺（6）的通信終端來實現的，其特征在于包括以下步驟：

1）通信終端組裝完成后，進行如下標定：

I.使入射信標光與出射通信光同軸，此時信標光在精跟蹤相機（5-1）探測面上成像，圖像處理后輸出探測器坐標系X_dY_dZ_d下的坐標值為(x₀,y₀)；

II.通信終端工作在開環指向模式，調整信標光入射角使精跟蹤相機（5-1）輸出坐標值為(x₀,y₀)，再次改變信標光入射角度Δχ，像斑質心坐標值變為(x'₀,y'₀)，則質心變化距離與入射角度變化值之比為K：

K=(x0-x′0)2+(y0-y′0)2Δχ---(1)]]>

2）在軌運行時，超前瞄準計算模塊（4）不斷接收GPS系統（1）、姿態測量系統（2）和轉臺轉角測量系統（3）的數據，計算超前瞄準時精跟蹤相機（5-1）探測器坐標系中的動態跟蹤中心(x,y)：

I.計算超前瞄準時出射通信光與接收信標光間的夾角σ：

σ=2|V→g|2-(V→g·P→g)2/|P→g|2c---(2)]]>

式中，為慣性坐標系J2000.0下地面站相對于衛星的速度矢量，為慣性坐標系J2000.0下地面站相對于衛星的位置矢量；

V→g=(ω(yT2-yT1)+(x′T2-xT2)/Δt,ω(xT1-xT2)+(y′T2-yT2)/Δt,(z′T2-zT2)/Δt)---(2-1)]]>

P→g=(xT1-xT2,yT1-yT2,zT1-zT2)---(2-2)]]>

其中，(x_T2，y_T2，z_T2)為GPS系統（1）提供的通信終端在WGS-84坐標系中的當前坐標值；(x'_T2,y'_T2,z'_T2)為Δt時間間隔前通信終端在WGS-84坐標系中的坐標值；(x_T1,y_T1，z_T1)為地面站在WGS-84坐標系中的固定坐標值；ω為地球自轉角速率；c為真空中光速；

II.計算超前瞄準時精跟蹤系統（5）的動態跟蹤中心(x,y)：

(x,y)=(x0-K·σ·V→i·P→x(V→i·P→x)2+(V→i·P→y)2,]]>y0-K·σ·V→i·P→y(V→i·P→x)2+(V→i·P→y)2)---(3)]]>

式中，為通信終端儀器坐標系X_iY_iZ_i中地面站相對于衛星的速度矢量；和為精跟蹤相機（5-1）探測器上(+∞,0)和(0,+∞)點在通信終端儀器坐標系X_iY_iZ_i中對應的方向向量；

VxVyVz=MbiMobMgoω(yT2-yT1)+(x′T2-xT2)/Δtω(xT1-xT2)+(y′T2-yT2)/Δt(z′T2-zT2)/Δt---(3-1)]]>

Mbi=a11a12a13a21a22a23a31a32a33---(3-1-1)]]>

Mgo=(b23yT2-b22zT2)/λ1λ2(b22zT2-b23xT2)/λ1λ2(b22xT2-b21yT2)/λ1λ2b21/λ2b22/λ2b23/λ2-xT2/λ1-yT2/λ1-zT2/λ1---(3-1-3)]]>

b₂₁＝(y_T2z'_T2-z_T2y'_T2)/Δt+ωx_T2z_T2????????????????????（3-1-3-1）

b₂₂＝(z_T2x'_T2-x_T2z'_T2)/Δt+ωy_T2z_T2????????????????????（3-1-3-2）

b₂₃＝(x_T2y'_T2-y_T2x'_T2)/Δt-ω(xT₂₂+yT₂₂)???????????????（3-1-3-3）

λ1=xT22+yT22+zT22---(3-1-3-4)]]>

λ2=b212+b222+b232---(3-1-3-5)]]>

P→x=P→1-(P→1·P→2)·P→2---(3-2)]]>

P→y=P→3-(P→3·P→2)·P→2---(3-3)]]>

P→1=(1-cos2β,-sinβcosβ,-cosβ)---(3-3-1)]]>

P→2=(-cosβ+sinαsinβ,-sinβ-sinαcosβ,cosα)---(3-3-2)]]>

P→3=(-sinβcosβ,1-sin2β,1)---(3-3-1)]]>

其中,a₁₁，a₂₁，a₃₁為衛星平臺坐標系X_bY_bZ_b中向量(1,0,0)在通信終端儀器坐標系X_iY_iZ_i中X軸、Y軸、Z軸上的分量，a₁₂，a₂₂，a₃₂為坐標系X_bY_bZ_b中向量(0,1,0)于坐標系X_iY_iZ_i中X軸、Y軸、Z軸上的分量，a₁₃，a₂₃，a₃₃為坐標系X_bY_bZ_b中向量(0,0,1)于坐標系X_iY_iZ_i中X軸、Y軸、Z軸上的分量；ψ、和θ分別為姿態測量系統（2）提供的衛星平臺的偏航角、滾動角以及俯仰角；α和β為轉臺轉角測量系統（3）提供的光電二維轉臺（6）繞俯仰軸、方位軸的轉角；

3）超前瞄準控制模塊（4）將動態跟蹤中心(x,y)輸入到精跟蹤系統（5），由精跟蹤控制模塊（5-5）將動態跟蹤中心與精跟蹤相機（5-1）的當前輸出值進行比較，得到快速傾斜鏡驅動控制模塊（5-4）的輸入指令，驅動快速傾斜鏡（5-2）到達指定位置，最終使信標光在精跟蹤相機（5-1）上的光斑質心輸出值與動態跟蹤中心一致；

4）通信光透過分光鏡（5-3），經過調整好的快速傾斜鏡（5-2）反射，再經過光電二維轉臺（6）內反射鏡（6-2，6-3，6-4，6-5）反射后從望遠鏡筒（6-1）出射，出射方向與所需超前瞄準方向重合。