瞄准捕获跟踪技术.doc

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要75--77--摘要卫星间光通信是未来卫星通信技术的一个重要发展方向与微波通信相比具有通信容量大、终端体积小和保密性好等优点。在卫星间光通信系统中瞄准、捕获和跟踪（PAT）技术是关系到通信链路建立和保持的关键技术其难点在于距离远、激光光束窄、卫星上微振动和噪声等干扰严重造成实现起来难以达到光束对准所要求的精度、稳定性和可靠性。本文从上位机角度对卫星光通信的瞄准捕获跟踪系统进行了研究。通过对PAT系统任务分析探讨了PAT系统具体工作过程对其中比较关键的捕获扫描方式进行了讨论并针对卫星上微振动影响给出了一种比较实用的扫描模型。同时对影响跟瞄精度的卫星间相对运动进行了分析推导了需要进行补偿的提前瞄准角。将PAT系统分为粗瞄和精瞄两部分精瞄部分作为PAT系统上位机并完成精瞄控制它的关键词卫星间光通信；瞄准捕获跟踪（PAT）；数字信号处理器（DSP）；1394Abstract[ClickhereandinputabstractinEnglish]Keywords[ClickhereandinputkeywordsinEnglish]；不要删除行尾的分节符此行不会被打印目录目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景11.1.121.2本章小结错误！未定义书签。第2章[单击此处输入标题页眉会自动更新]错误！未定义书签。2.1本章小结20第3章[单击此处输入标题页眉会自动更新]213.1本章小结21结论22参考文献23附录24攻读学位期间发表的学术论文25致谢26索引27个人简历28千万不要删除行尾的分节符此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”然后“更新整个目录”。打印前不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第4章瞄准捕获跟踪系统上位机硬件设计绪论课题背景随着航天技术的不断发展各种卫星、空间站及其他航天器的数量越来越多处于不同空间轨道上的卫星需要与地面建立联系有些还需要在卫星之间建立通信联系。采用增加地面站的方法满足这些要求有很多实际的困难如在国外设站要考虑很多政治因素常常难以实现。此外大量的地面站会带来庞大的地面运行、可靠性及保密性问题。因此建立卫星与卫星间的通信链路势在必行。通信、对地观测、科学实验和载人航天器等要求有高速的数据传输率这样才能保证信息的快速和实时传输。从现有第一代跟踪数据中继卫星系统的情况看由于微波通信频段容量有限很难满足这一要求。另外由于在有限的同步轨道资源里卫星的数量越来越多微波通信系统间的干扰现象日趋严重。通过卫星光通信可以很好的解决上述问题。卫星光通信是指在空间信道中通过激光取代微波进行链路和信号传输。激光的波束非常窄基本不存在相互间的干扰问题。此外卫星光通信终端还具有较小的体积、质量和功耗便于星载运行。卫星光通信的信号传输光束束宽窄、传输距离长在目前的空间环境下建立和保持激光链路面临着较大的困难。因此必须建立一套瞄准、捕获和跟踪系统来防止由于链路错误而造成的信号损失。对卫星光通信中的PAT(PointingAcquisitionandTracking)系统的控制精度要求远高于对卫星微波通信PAT系统的要求。从近些年各国卫星光通信技术的发展计划和研究情况来看PAT是目前其中较为关键的一项技术一直受到各国的高度重视。我国在卫星间光通信中的PAT技术方面的工作与国外相比还有很大的差距。但由于国外文献中大部分PAT技术细节属于保密范围因此我国必须独立进行细致深入的前期研究工作。本文的主要工作是对卫星光通信中终端运动控制系统进行研究为卫星光通信中的PAT技术的实验研究打下基础且为我国今后卫星光通信的进一步工程化研究和在轨实验打下一定的基础。国内外在该方向的研究现状及分析国外卫星光通信发展概况1945年ArthurClarke在《无线电世界》上发表一篇文章提出了卫星间进行光通信的设想。由于受器件的限制直到七十年代初期才由美国开始进行自由空间光通信系统的研究在七十年代末设计出了世界上第一个光学空间通信实验终端。此后日本、欧洲等各国纷纷开展了这方面的研究。在卫星光通信的研究初期由于相应的元器件技术发展水平有限激光光源和PAT装置等的体积、质量和功耗都较大不能满足在空间环境运定的需要。近些年来随着半导体技术、探测技术、光学元件技术、控制技术和材料技术等的发展各国已逐渐从卫星光通信的地面模拟实验走向了空间实验。我们有理由相信不久各卫星光通信将进入实用的商业化发展阶段。美国：七十年代初美国的NASA资助进行了CO2激光和光泵浦ND：YAG激光空间通信系统的初步研究。美国空军部（TheDepartmentoftheAirForce）在七十年代中期资助进行了选择最佳通信波长的研究工作并进行了在ACTS飞船上搭载使