[發(fā)明專利]深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置及深空光通信裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811541495.3
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN110389455A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂春雷;李焱;張海波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;H04B10/112
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛(wèi)良

本發(fā)明提供一種深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置其包括中心分光裝置，在中心分光裝置上分別連接有第一光路組件和第二光路組件，第一光路組件包括通信接收探測器和圖像跟蹤傳感器，通信接收探測器分別與圖像跟蹤傳感器和中心分光裝置連接；第二光路組件包括向第二光路的遠(yuǎn)端方向依次布置的平臺振動檢測單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該裝置通過圖像跟蹤傳感器能夠計算出地面站和地球圖像中心位置關(guān)系，從而確定航天器上光通信天線的指向。該裝置通過姿態(tài)傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)抑制平臺的振動的功能。該裝置通過使用提前量探測器和補(bǔ)償振鏡能夠?qū)崿F(xiàn)光軸的提前指向功能。本發(fā)明還提供一種具有深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置的深空光通信裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于天體成像的深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置及一種具有該于天體成像的深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置的深空光通信裝置。

背景技術(shù)

目前將對地球以外天體開展的空間探測活動稱為深空探測。隨著人類航天科技水平和能力的提高，深空探測的概念也會逐漸發(fā)展，換言之，深空探測領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與深空探測概念的內(nèi)含是相互促進(jìn)的。

深空探測指脫離地球引力場，進(jìn)入太陽系空間和宇宙空間的探測，那么，自然地，執(zhí)行深空探測的裝置會處在復(fù)雜多變的空間環(huán)境中。復(fù)雜多變的環(huán)境對執(zhí)行深空探測的裝置的各個組成部分都提出了較高的功能層面和技術(shù)層面的要求。尤其是復(fù)雜多變的環(huán)境對深空通信會產(chǎn)生很大影響，因?yàn)樯羁胀ㄐ啪嚯x異常遙遠(yuǎn)，空間損耗非常巨大，例如，火星對地面鏈路的空間損耗比GEO對地面鏈路的空間損耗大70dB至80dB。

在載荷體積、重量允許的條件下，深空光通信應(yīng)盡量增加光學(xué)口徑，減小衍射極限角的大小，進(jìn)而減小空間損耗。由于發(fā)射光束采用近衍射極限角，因此接收信號的功率對發(fā)射機(jī)的瞄準(zhǔn)誤差非常敏感，發(fā)射信號的瞄準(zhǔn)誤差將導(dǎo)致接收機(jī)上信號的嚴(yán)重衰減，大大降低系統(tǒng)的通信性能，為了減少瞄準(zhǔn)損耗(<2dB)，瞄準(zhǔn)精度通常要小于衍射極限光束寬度的40％,通常在微弧度量級，這對激光通信系統(tǒng)的捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)(APT)提出了很到的精度要求。

另外，現(xiàn)有的激光通信裝置多屬于近地空間激光通信裝置，近地空間激光通信裝置通常采用主動信標(biāo)方案實(shí)現(xiàn)通信兩視軸的精確對準(zhǔn)。但是對于深空激光通信，由于通信距離非常遙遠(yuǎn)，而且信標(biāo)光通常需要較大的束散角，所以接收功率信噪比要求和信標(biāo)激光器功率存在矛盾，在現(xiàn)有高功率激光器工作狀態(tài)下，基于激光信標(biāo)的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的距離極限小于0.4AU，這顯然無法滿足深空激光通信的距離要求。需要解釋的是AU為天文單位，即指太陽中心與地球中心的距離，1AU的長度約為1.496×10E11米。

因此，設(shè)計一種適用于遠(yuǎn)距離深光通信的以及具有高精度的瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)的深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置是十分必要的，也是十分迫切的。同時也亟待研究發(fā)明出一種具有上述深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置的深空光通信裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中光軸指向和動態(tài)跟蹤不精確的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，本發(fā)明提供一種深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置，其包括中心分光裝置，在中心分光裝置上分別連接有第一光路組件和第二光路組件，第一光路組件包括通信接收探測器和圖像跟蹤傳感器，通信接收探測器用于接收通信光信號并且分別與圖像跟蹤傳感器和中心分光裝置連接；圖像跟蹤傳感器用于計算出地面站和地球圖像中心位置關(guān)系以確定光通信天線的指向；第二光路組件包括向第二光路的遠(yuǎn)端方向依次布置的平臺振動檢測單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，平臺振動檢測單元用于三維姿態(tài)的測量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成光束的偏轉(zhuǎn)。

較佳地，深空光通信視軸高精度指向與跟蹤裝置還包括控制器，控制器為APT控制器；平臺振動檢測單元為INS慣性傳感器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)為PZT快速傾斜振鏡，PZT快速傾斜振鏡為高諧振頻率光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備；APT控制器用于控制PZT快速傾斜振鏡完成光束的偏轉(zhuǎn)。

較佳地，圖像跟蹤傳感器為可見或紅外焦平面陣列；通信接收探測器為Geiger模式光子計數(shù)器，通信接收探測器用于完成通信光信號的接收。