一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法技术

一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，本发明专利技术采用捕获与跟踪机构对信号光束进行双端螺旋扫描，完成瞄准、捕获及跟踪全过程。卫星终端控制捕获与跟踪机构凝视对方卫星终端出现的不确定区域，完成初始指向，如果光斑出现于捕获视场，卫星终端从当前位置开始通过驱动捕跟机构分别实现800μrad、300μrad、100μrad圆域内的螺旋扫描，依据捕获探测器探测到的光斑位置信息，驱动捕获与跟踪机构完成光轴调整，直至信号光出现于跟踪探测器的有效视场内，进而转入精跟踪阶段，完成链路的建立并通信。本发明专利技术与信标光捕获方法比较，可以减小光学天线、捕跟机构和捕跟控制器的系统复杂性，减小终端整机的体积、重量和功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法
本专利技术涉及一种卫星激光通信捕获方法，特别是一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，属于激光通信

技术介绍
空间激光通信是以激光束作为信息载体，在空间(包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间)进行数据传输的一种通信方式。与其他通信手段相比，空间激光通信技术具有信息容量大、传输速率高、信道隐蔽性好，保密、抗干扰能力强、电子对抗能力强、抗打击能力强、系统功耗低、体积小、重量轻、相对性价比高等一系列优点，它在多个方面克服了传统的射频和微波通信的不足，从性能和应用领域上都有新的提升和扩展，顺应了现代军事和商业通信技术发展的趋势和要求，被公认为是未来空间(卫星)通信最理想的方式之一。在空间光通信系统中，由于光的长距离传输会产生很大的光能量损耗，所以接收到的光信号往往十分微弱，此外，背景光(太阳、月亮、星体等)也会产生很强的干扰，这样会大大增加光信号接收的难度，因此，在较远的距离和较强的背景干扰的情况下，如何捕获、对准和跟踪光束，成为光通信链路成功与否的关键。现有的基于卫星光通信系统是以地面发射的上行激光束作为信标，但是以上行激光束作为信标，不但需要采用大功率的激光器，而且易受到大气的影响和天气的制约，不能满足卫星光通信链路全天候运行的要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，采用信号光捕获技术，即捕获、跟踪与通信均采用信号光，信号光捕跟策略相对于信标光可以省去信标光光源和光源控制模块，光学天线的中继光路中省去信标光光路，采用信号光策略的中继光路中的光学镜片和支撑结构可以更小，相干跟踪的调理电路简单化，杂散光减少以及设计简单，光学天线光学效率提高，光机装调简单，跟踪背景光干扰小，执行机构功耗小和粗精配合简单。本专利技术可以极大地减小光学天线、APT机构和捕跟控制器的系统复杂性，可以极大地减小终端整机的体积重量和功耗。本专利技术的技术解决方案是：一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，步骤如下：(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A4圆域内的螺旋扫描；(8)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B4圆域内的螺旋扫描；(9)重复上述步骤(1)～步骤(8)，使得LEO和GEO的捕获探测器上均探测到对方光斑且光斑位置稳定保持在双方捕获探测器中心，且跟踪探测器也探测到光斑，由跟踪转向通信。所述步骤(2)中GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描，具体为：粗跟踪执行机构CPA进行视场角B1螺旋扫描，同时精跟踪执行机构FPA进行视场角C1螺旋扫描，所述视场角C1的取值范围为：1～2mrad。所述视场角A1和B1的取值范围均为：4～6mrad。所述视场角A2和B2的取值范围均为：700～800μrad。所述视场角A3和B3的取值范围均为：200～400μrad。所述视场角A4和B4的取值范围均为：50～150μrad。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术采用了信号光捕获与跟踪方法，可以省去终端中的信标光光源和光源控制模块，省去了光学天线中继光路中的信标光光路，减小了光学天线系统复杂性及终端体积、重量和功耗。(2)本专利技术采用信号光捕获方法可以使中继光路中的光学镜片和支撑结构更小，相干跟踪的调理电路简单化，杂散光减少以及设计简单，光学天线光学效率提高，光机装调简单，跟踪背景光干扰小，执行机构功耗小和粗精配合简单。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。为了在瞄准、捕获和跟踪过程中抑制动态位置误差信号，激光终端的捕跟系统必须具备抑制频率高达数百赫兹振动的能力。这就要求捕跟系统能够适应不同卫星平台抖动和各种微振动。本专利技术采用信号光捕跟技术，即捕获、跟踪与通信均采用信号光，该方法选用粗指向执行机构CPA对精指向执行机构FPA卸载的执行方式完成瞄准、捕获和跟踪过程。本专利技术是一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，具体按照以下步骤实施：(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；所述视场角A1的取值范围为：4～6mrad；优先范围为5mrad；(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；所述视场角B1的取值范围为：4～6mrad；优先范围为5mrad；具体为：粗跟踪执行机构CPA进行视场角B1螺旋扫描，同时精跟踪执行机构FPA进行视场角C1螺旋扫描，所述视场角C1的取值范围为：1～2mrad；优先范围为1mrad；(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；所述视场角A2的取值范围为：700～800μrad；优先范围为800μrad；(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；所述视场角B2的取值范围为：700～800μrad；优先范围为800μrad；(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于步骤如下：(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A4圆域内的螺旋扫描；(8)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B4圆域内的螺旋扫描；(9)重复上述步骤(1)～步骤(8)，使得LEO和GEO的捕获探测器上均探测到对方光斑且光斑位置稳定保持在双方捕获探测器中心，且跟踪探测器也探测到光斑，由跟踪转向通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于步骤如下：(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁倩，任斌，边晶莹，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61