[發明專利]衛星跟瞄系統及其廣角指向方法

在審

• 申請號: 202010960633.2
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN112130305A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 董磊;鄭珍珍;胡海鷹;朱永生;王威;盛蕾;陳起行
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06;G02F1/29
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明提供了一種衛星跟瞄系統及其廣角指向方法，包括第一衛星、第二衛星、光源發射端、出射激光捕捉裝置，包括：反射裝置，反射裝置為凹面反射鏡；光源發射端包括入射光源和電光偏轉晶體組合體，其中入射光源處于凹面反射鏡的光軸上；光源發射端與反射裝置安裝于第一衛星的安裝平臺；出射激光捕捉裝置安裝于第二衛星；光源發射端發射的激光信號在反射裝置表面反射后，入射到出射激光捕捉裝置；入射光源發射平行光，入射光未偏轉時，沿凹面反射鏡的光軸入射，入射光束偏轉時，反射光束的偏轉角度為：為入射光束初始偏轉角，ρ為曲面反射鏡反射點處的曲率，電光偏轉晶體位于光軸上，L為電光偏轉晶體與凹面反射鏡之間的距離。

技術領域

本發明涉及激光通信領域，特別涉及衛星跟瞄系統及其廣角指向方法。

背景技術

衛星激光通信與現有的射頻通信相比具有通信速率高、通信容量大、功耗低、體積小、重量輕、抗干擾和高保密性等諸多的優勢，被認為是實現星間高碼率通信的最佳方案，已經在軍用和民用領域受到廣泛的重視。然而衛星激光通信時衛星之間相對位置不固定，而且終端之間相對運動速度也較大所以需要配置衛星跟瞄系統。目前的衛星跟瞄系統采用衛星姿態調整或者通過L型臂經緯儀或者旋轉雙棱鏡結構，由步進電機控制其旋轉，從而實現整個終端移動部分的轉動(如歐空局的SILEX系統)。這種系統需要多個光束偏轉鏡、很多其它光學器件以及轉臺等設備共同完成光束指向控制，使得整個系統十分復雜，增加了體積和質量，并且可靠性下降，不利于星上使用。

發明內容

本發明解決的問題是現有衛星跟瞄系統結構復雜，質量大，不利于星上使用；為解決所述問題，本發明提供衛星跟瞄系統及其廣角指向方法。

本發明提供的衛星跟瞄系統，包括：第一衛星、第二衛星、光源發射端、出射激光捕捉裝置；還包括：反射裝置，所述反射裝置為凹面反射鏡；所述光源發射端包括入射光源和電光偏轉晶體組合體；所述光源發射端與反射裝置安裝于第一衛星的安裝平臺；所述出射激光捕捉裝置安裝于第二衛星；所述光源發射端發射的激光信號在所述反射裝置表面反射后，入射到出射激光捕捉裝置。

進一步，所述入射光源發射平行光，入射光未偏轉時，沿凹面反射鏡的光軸入射，入射光束偏轉時，反射光束的偏轉角度為：其中，為入射光束初始偏轉角，ρ為曲面反射鏡反射點處的曲率，電光偏轉晶體位于光軸上，L為電光偏轉晶體與凹面反射鏡之間的距離。

進一步，10≤ρL≤100。

進一步，電光偏轉晶體為砷化鎵、碲化鎘或者摻鎂鈮酸鋰晶體中的任意一種。

進一步，所述電光偏轉晶體安裝于可移動裝置，所述可移動裝置具有沿垂直光軸的方向移動的自由度。

進一步，所述入射光源發射平行光，入射光未偏轉時，平行于凹面反射鏡的光軸入射，入射光束偏轉時，反射光束的偏轉角度為

其中，為入射光束初始偏轉角，L為電光偏轉晶體與凹面反射鏡之間的距離在光軸方向的投影，d為電光偏轉晶體在垂直光軸方向移動的距離，r為凹面反射鏡的半徑。

本發明還提供所述的衛星跟瞄系統的廣角指向方法，包括：步驟一、計算出射激光捕捉裝置相對于光源發射端的方位角；步驟二、調整入射光束初始偏轉角和電光偏轉晶體垂直凹面反射鏡光軸方向的位置二者中的任意一個或者兩個，使得反射光束的偏轉角度大于或者等于所述方位角。

本發明的優點包括：

激光通信時，光源發射端出射出激光入射到凹面反射鏡，根據Snell 定律，出射光束的反射角與入射光束的入射角相同；入射角和反射角將隨著曲面反射鏡上反射點處的位置變化或者曲率變化而變化?？梢愿鶕枰獊碓O置合適的反射鏡的曲率半徑。在衛星相對位置確定的條件下，通過調整入射激光的位置，可以實現大范圍的激光指向；同時，選擇凹面鏡可以實現激光光束匯聚指向，在遠距離傳輸時降低光斑尺寸，增加激光通信的傳輸距離。