[發明專利]一種基于無信標的星間激光通信快速捕獲方法

有效

• 申請號: 202011002105.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN111970058B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 張敏;滕云杰
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/118
• 分類號: H04B10/118;H04B7/185;G02B26/10
• 代理公司: 北京中理通專利代理事務所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

一種基于無信標的星間激光通信快速捕獲方法，屬于衛星光通信技術領域，為了解決現有技術存在的問題，無信標條件下捕獲是采用高速反射振鏡實現對窄發散角信號光束的快速掃描與檢測校正，主要利用發射端小發散角信號光分子區域高速掃描，捕獲方案為通信終端控制系統與振鏡復合掃描覆蓋不確定區域，此方法從根本上避開了傳統信標捕獲模式，通過建立主光端機與從光端機互掃并校正視軸以實現建立空間鏈路的目標光捕獲前提，在保證空間激光通信系統捕獲性能的情況下，去掉了捕獲信標光實現空間探測終端的簡化，在降低系統功耗、完成終端輕小型化的同時，能夠進一步提高捕獲系統性能并促進星間激光通信系統輕小型化發展。

技術領域

本發明涉及一種基于無信標的星間激光通信快速捕獲方法，屬于衛星光通信技術領域。

背景技術

寬光束信標捕獲方法是現有空間鏈路所采用的基本捕獲方式，信標光發散角一般為毫弧度量級，在借助較大發散角的主動信標光實現開環捕獲時，會引起較多的功率損耗，系統的體積、重量和復雜度也明顯增大，捕獲系統的性能難以滿足現代高速激光通信系統的輕小型化發展需求。

空間激光通信系統中無信標捕獲是一種將小發散角信號光作為信標光建立通信鏈路的新型捕獲機制，通信終端信號光發散角通常為衍射極限量級發射，僅有幾十微弧度量級，如果用小發散角信號光代替寬發散角捕獲信標光就會簡化系統結構，提高系統性能。文章(Uwe?sterr,Lothar?Friederichs,and?Wolfgang?Diebold,et.al.Modelling?andanalysis?of?flight?dynamics?influences?on?the?spatial?acquisition?andtracking?performance?of?the?TESAT?laser?communication?terminal,2015IEEEInternational?Conference?on?Space?Optical?Systems?and?Applications)所采用的無信標捕獲機制也明確了通信終端間初始不確定區域大小對捕獲過程的影響，但并未給出解決方法。有效掌握激光通信系統無信標捕獲過程中高概率快速掃描方法對提高捕獲性能至關重要，如何利用通信系統中的執行機構控制小發散角信號光快速掃描覆蓋大的不確定區域也將變得非常重要。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的問題，提出一種基于無信標的星間激光通信快速捕獲方法，即在保證空間激光通信系統捕獲性能的情況下，去掉捕獲信標光可以實現空間探測終端的簡化。采用小發散角信號光代替寬發散角捕獲信標光完成激光通信系統的空間捕獲過程，進而提供一種粗跟瞄轉臺與高速振鏡協同控制小發散角信號光的分子區域掃描方法，利用振鏡在子區域快速掃描以實現捕獲光束發散角增加，并通過結合粗跟瞄轉臺復合掃描的方式，選擇最佳的掃描速率實現對接收端光端機不確定區域的覆蓋，在降低系統功耗、完成終端輕小型化的同時，能夠進一步提高捕獲系統性能。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

一種基于無信標的星間激光通信快速捕獲方法，包括以下步驟：

步驟一，針對星間光通信的無信標捕獲方法，需先將主從光端機的視軸初始指向對方端機的預估位置，即不確定區域，并分別發射低發散角信號光，定義無信標的搜索半徑為θ_uc，激光發散角為θ_div，光斑重疊因子為k，激光駐留時間為T_dwell，再依據子區域螺旋掃描振鏡與潛望式通信轉臺的捕獲參數設定，得到螺旋掃描徑向速度V_r與角速度V_θ分別為：

步驟二，根據子區域螺旋掃描振鏡控制信號光斑螺旋覆蓋子區域以及復合潛望式通信轉臺螺旋跳步的掃描方法，在不產生漏掃的情況下，設定子區域螺旋掃描振鏡執行掃描捕獲時信號光斑間的重疊因子，也需要定義潛望式通信轉臺在子區域之間螺旋跳步的重疊因子，兩個執行機構的無信標復合掃描軌跡駐留位置坐標X與縱坐標Y的確定方法：