一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法以及基于该控制方法的卫星星座，控制方法包括以下步骤：接收输入信号，输入信号包括若干个不同频段的光学信号；使用光学组件以使不同频段的光学信号沿不同光传输路径传输；使用光学组件以使同一频段的光学信号传输至至少两个不同的功能模块；在部分光路一致的传输至不同功能模块的同一频段的光学信号能够稳定投射于第一功能模块的情况下，传输至第二功能模块的同一频段的光学信号能够由第二功能模块调整。卫星星座包括第一卫星和第二卫星，第一卫星能够与地面站进行信息连接和交互，以获取建立激光链路所需的特定参数数据。数据。数据。

【技术实现步骤摘要】
一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法


[0001]本专利技术涉及航天
，尤其涉及一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法。

技术介绍

[0002]随着商业航天的发展，大型/超大型卫星星座项目纷纷出炉，对商业卫星研制提出了更严苛的要求，其研制的核心诉求就是：降低研制成本、缩短研制周期。商业航天的业务模式决定卫星需要从单个定制转向批量产品化，从独立单体设计转向兼容系统设计。商业卫星的设计和研制要求系统更简化和集中，并具有良好的适应性和可扩展性。遥感作为非常重要的卫星应用方向，其商业化价值不言而喻。商业遥感卫星的研制要求同样如此，系统化、高效性、普适性、低成本是商业遥感卫星的设计核心。
[0003]目前，光学系统在卫星应用领域主要集中在卫星遥感、卫星通信和卫星姿态确定这几个方面。在同一颗卫星上，基于这些应用的光应用系统设计一般都是各自分开，相互独立，只针对单项应用，因此研制周期较长，卫星空间利用率低，卫星负载较大，研制成本较高。
[0004]现有技术中如公开号为CN111404597A的专利文献所提出的一种天基资源网络化智能微小卫星系统，包括天基段及地面段，天基段由不同类型的卫星组成，所述卫星采用模块化设计，并通过激光通信载荷和/或微波通信载荷实现信息交互及协作信息传递，地面段包括地面应用服务系统以及终端应用服务系统。
[0005]如公开号为CN111829964A的专利文献所提出的一种分布式遥感卫星系统，包括至少一个第一卫星和至少一个与所述第一卫星轨道高度不同的第二卫星，所述第一卫星直接和地面站建立的传输路径为第一传输路径，所述第一卫星通过第二卫星间接和地面站建立的传输路径为第二传输路径，所述第二卫星响应确定第一传输路径和第二传输路径的预计耗时而周期性地获取气象数据，并通过确定相应的第一卫星、地面站和该第二卫星的模拟位置针对所述第一传输路径和第二传输路径变化的气象要素进行模拟仿真。
[0006]上述专利所提出的方案采取引入卫星的方式对激光通信链路建立以及激光通信的通信中继进行设计，一定程度上解决了激光通信的链路稳定问题，但随着大型卫星星座的布局，以空间碎片为代表的复杂的空间环境问题将对激光链路的稳定性带来新的挑战，如激光链路建立过程中的信号光捕获问题和空间碎片干扰问题，上述专利所公开的方案是无法解决的。
[0007]此外，一方面由于本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0008]本专利技术公开了一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法，方法包括以下步骤：接收输入信号，输入信号包括若干个不同频段的光学信号；使用光学组件以使不同频段的光学信号沿不同光传输路径传输；使用光学组件以使同一频段的光学信号传输至至少两个不同的功能模块；在部分光路一致的传输至不同功能模块的同一频段的光学信号能够稳定投射于第一功能模块的情况下，传输至第二功能模块的同一频段的光学信号能够由第二功能模块调整。
[0009]优选地，接收的第一频段的光学信号沿第一光传输路径传输至成像模块，接收的第二频段的光学信号沿第二光传输路径传输至激光通信模块，成像模块能够充当粗跟踪单元，使激光通信模块完成信号光捕获。
[0010]在进行激光通信链路建立过程中，以地面站和卫星为例，完成初始对准后，地面站的激光通信终端控制其信号光所在视轴按一定的扫描策略对卫星的主镜系统所在区域进行扫描，当地面站的通信终端所发射的信号光束划过卫星成像模块的探测视场时，成像模块依据进入视场的光束方向校正主镜系统的指向，待地面站的激光通信终端执行完预定的扫描轨迹停止扫描并移动至扫描初始位置，此时卫星能够根据接收到地面站所发出的信号光进行校正后的点作为扫描中心对缩小后的不确定区域进行扫描，地面站的激光通信终端按照相同的方法完成与卫星的成像模块的进一步对准。重复执行上述操作，逐步减小不确定区域，进而实现信号光捕获，待光信号稳定地出现在敏感器单元，进入粗跟踪状态，而后激光通信模块使用第三光学件进行控制，进行精跟踪。
[0011]但精跟踪过程中会出现精跟踪失败的状况(如计算的残差值大于接受子模块的视场)，需重新开始整个指向捕获过程，这必然会浪费大量时间甚至导致用于激光链路建立的时间窗口错失，因此本专利技术通过成像模块和激光通信系统配合，在利用第三光学件(振镜)进行精细跟踪的过程中，结合成像模块对主镜系统的控制，协同实现精跟踪，与传递至激光通信模块的部分光信号同一频段的传递至成像模块的光信号始终处于敏感器单元的中心位置，基于上述基础调节第三光学件(振镜)使得跟踪残差值满足系统通信要求，从而建立激光通信链路并进行通信，通过成像模块使得光信号能够稳定处于成像模块的范围内，而后通过激光通信模块对同一光信号进行微调以实现精跟踪，提高了激光链路建立的成功率。
[0012]当应用于空间碎片的监测过程中，本专利技术中示例的激光通信模块能够进行调整从而承担激光测距的功能，类似于上述过程的调节过程中也能够应用于激光测距过程中，使得空间碎片所反射的光信号能够始终保持在成像模块内，调节充当激光测距的激光通信模块从而实现测距以用于空间碎片监测。
[0013]现有的位于GEO轨道的卫星由于其位置优势而常用于通信、导航等，GEO轨道有限，但GEO轨道卫星通常只具备单一的通信、导航功能，这显然是一种轨道资源浪费。现有的位于低轨道的遥感卫星，随着探测精度的提高，数据传输量增大，现有的微波通信无法满足其数据传输的要求。鉴于用于激光通信和遥感探测的部分光学系统具有兼容性，因此基于本专利技术所提出的复用光应用控制方法可将激光通信功能与遥感功能集成于一个卫星之中，应用本专利技术的复用光应用控制方法的卫星(第一卫星)能够具备通信功能，也能够基于其遥感功能对LEO轨道的空间环境进行监测，位于低轨道的遥感卫星(第二卫星)能够通过激光通
信传输遥感数据。
[0014]本专利技术公开了一种基于复用光应用控制方法的卫星星座，包括：第一卫星和第二卫星，第一卫星能够与地面站进行信息连接和交互，以获取建立激光链路所需的特定参数数据，第一卫星能够监测第二卫星所在轨道的至少包括空间碎片信息和卫星分布信息的空间环境信息，第一卫星响应于第二卫星建立激光通信链路的请求，利用第一卫星的模拟平台对第二卫星进行建链模拟，使得第二卫星能够基于第一卫星的建链模拟结果控制第二卫星运行状态，在第二卫星通过第一卫星完成建链模拟的情况下，由第一卫星根据其对第二卫星的建链模拟结果而确定第二卫星的运行轨迹和数据传输方向，并将至少包含运行轨迹和数据传输方向的指令信息传输至第二卫星和/或地面站。
[0015]在建立卫星与地面站之间的激光链路时，现有技术中的技术方案往往只考虑气象等影响链路稳定性的因素，因此大多数卫星进行的激光链路建立模拟计算中只选取了气象和卫星轨道等因素，但随着低轨道通信卫星星本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：接收输入信号，所述输入信号包括若干个不同频段的光学信号；使用光学组件以使不同频段的光学信号沿不同光传输路径传输；使用光学组件以使同一频段的光学信号传输至至少两个不同的功能模块；在部分光路一致的传输至不同功能模块的同一频段的光学信号能够稳定投射于第一功能模块的情况下，传输至第二功能模块的同一频段的光学信号能够由第二功能模块调整。2.根据权利要求1所述的适配多种卫星功能模块的复用光应用控制方法，其特征在于，接收的第一频段的光学信号沿第一光传输路径(21)传输至成像模块(3)，接收的第二频段的光学信号沿第二光传输路径(22)传输至激光通信模块(4)，所述成像模块(3)能够充当粗跟踪单元使所述激光通信模块(4)完成信号光捕获。3.一种基于复用光应用控制方法的卫星星座，包括：第一卫星(101)和第二卫星(102)，其中，所述第一卫星(101)能够与地面站(200)进行信息连接和交互，以获取建立激光链路所需的特定参数数据，其特征在于，所述第一卫星(101)能够监测第二卫星(102)所在轨道的至少包括空间碎片信息和卫星分布信息的空间环境信息，所述第一卫星(101)响应于所述第二卫星(102)建立激光通信链路的请求利用所述第一卫星(101)的模拟平台对所述第二卫星(102)进行建链模拟，使得所述第二卫星(102)能够基于所述第一卫星(101)的建链模拟结果控制所述第二卫星(102)的运行状态，在所述第二卫星(102)通过所述第一卫星(101)完成建链模拟的情况下，由所述第一卫星(101)根据其对第二卫星(102)的建链模拟结果确定第二卫星(102)的运行轨迹和数据传输方向，并将至少包含运行轨迹和数据传输方向的指令信息传输至所述第二卫星(102)和/或所述地面站(200)。4.根据权利要求3所述的基于复用光应用控制方法的卫星星座，其特征在于，所述建链模拟结果是由所述第一卫星(101)基于其所监测的第二卫星(102)所在轨道的空间环境信息确定的碰撞危险系数以及所述第一卫星(101)基于地面站(200)所提供的至少包括气象信息的激光链路建立模拟参数确定的链路稳定系数决定的。5.根据权利要求4所述的基于复用光应用控制方法的卫星星座，其特征在于，所述碰撞危险系数是由所述第一卫星(101)结合其所监测的空间环境信息模拟确定的至少第一碰撞系数和第二碰撞系数修订的，其中，所述第一碰撞系数是通过与所述第二卫星(102)处于第一安全距离和第二安全距离的轨道稳定的空间目标数目确定的，并且所述第二碰撞系数是通过所述第二卫星(102)所在轨道及其附近的轨道不稳定的空间目标的第一安全区间和第二安全区间的空间体积大小确定的，其中，所述第一安全区间和第二安全区间是由第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：许璟华，向晓霞，
申请(专利权)人：向晓霞，
类型：发明
国别省市：