一种用于激光通信光学终端多空间结构精密控温方法技术

本发明专利技术提供了一种用于激光通信光学终端多空间结构精密控温方法，包括精密控温系统，多空间结构控温对象、屏蔽热流层、控制策略、加热回路控制单元；通过进行激光通信终端的一体化设计，将多空间结构进行一体化设计，将热源分布进行耦合优化设计，通过对单点热源的精准控制，采用多级控温的方法，同时采用PID控制策略，使得整机满足精密控温的情况下，同时实现加热补偿需求最优。加热补偿需求最优。加热补偿需求最优。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光通信光学终端多空间结构精密控温方法


[0001]由于元器件产品由于材料组成不同，存在不同的工作温区，因此为保障单机产品满足其地面或者在轨飞行的过程中温度指标符合元器件的工作范围，热控系统通常需要采用不同的热控方法对单机设备、元器件进行控温。一般来说，热控控温技术是一种根据目标温度而进行的控温方法技术，是通常以控温对象为目标，通过合理的热控产品应用，采用不同的方式方法解决控温对象的“干扰源”，从而达到控温对象的目标温度的技术。本案专利专利技术的方法是为了解决多空间结构的激光终端的温控问题，是一种基于多空间结构的激光终端热控精密控温方法，该方法可有效解决多空间结构的控温问题，属于多空间结构的控温问题，同时属于高效精密控温领域。

技术介绍

[0002]热控控温技术目前主要的控温方法与路径比较清晰，热控控温技术目前在轨控温精度在空间热流较为稳定的情况下，采用多级温控的方案，可使得单个单机的温度边界控制在mk级。本案技术是为在空间环境热流变化复杂的情况，解决单个单机的内部多点热源分布问题，本方案技术中提出采用建立多点热模型，进行多点控温，逐步控温，高效利用热补偿。技术方法中采用了主动与被动相结合，分布式的控温方法，最终通过控制系统精确控温，达到了在低补偿的情况，实现控温指标最优。

技术实现思路

[0003]本专利技术涉及基于激光通信终端多空间结构精密控温方法，该种方法主要是为解决多空间结构下的激光通信终端精密控温问题，由于激光通信一般位于舱外，因此主要控温特点为热流的波动对温度影响比较大，多空间结构的热不均匀；星上加热资源多，因此如果需要进行精密控温，需要进行一体化设计，需要对整个热控系统进行综合利用。因此本方法针对多空间结构的激光通信终端（含转台），本方法中通过进行激光通信终端的一体化设计，将多空间结构进行一体化设计，将热源分布进行耦合优化设计，通过对单点热源的精准控制，采用多级控温的方法，同时采用PID控制策略，使得整机满足精密控温的情况下，同时实现加热补偿需求最优。下面具体介绍结构组成与框图原理设计。
[0004]该方法中包含激光通信终端设备组成。如图1所示是一种典型的激光通信光学终端的整体框图。
[0005]激光通信光学终端中一般包含两个信号收发模块，分别是信号收发模块1和2，两者共用一个收发分离模块和一个光学天线模块。激光通信光学终端通过光学天线模块发射激光信号到自由空间中，并且接收来自自由空间的激光信号。
[0006]该方法中包含精密控温系统组成。如图2所示是精密控温系统的整体框图。
[0007]精密控温系统由多空间结构控温对象、屏蔽热流层、控制策略、加热回路控制单元组成。根据控温目标的设定，在控温的过程中，设置控制策略，结合由于空间环境与内部发热元件的热流影响，进行加热回路控制单元的控制，从而达到控制控温对象目标温度的目
的。
[0008]该方法中包含多空间结构控温对象由核心精密控温模块和非精密控温模块组成。如图3所示是多空间结构控温对象的整体框图。
[0009]激光通信光学终端根据控温对象可以设计为核心精密控温模块和非精密控温模块组成，其中核心精密控温模块是通过多空间局部精细化控温使得控温对象达到
±
1℃量级的温度稳定性，通过此温度稳定性情况将由于热致变形对光学终端接收精度影响控制目标范围之类，由主镜、次镜、转台电机（如有）组成。非精密控温模块为常规热控，将其他模块控制在轨工作温度。
[0010]该方法中包含加热回路控制单元组成。如图4所示是加热回路控制单元的整体框图。
[0011]加热回路控制单元由控制硬件和控制软件组成，其中控制硬件由供电电路1、供电电路2、过流保护模块、加热器、测温元件组成，加热回路控制单元通过供电电路1进行设计的电压对加热器进行供电，一般为28V，42V或者100V，采用过流保护模块进行安全设计，为了确认加热器能进行在低温或者不同功耗工作情况下的热补偿；通过供电电路2进行测温元件进行低压模拟数据采集供电，一般为5V；加热器与测温元件形成闭环回路；加热回路控制单元通过控制软件根据控制策略控制硬件以达到热补偿或者精密控温的目的。
[0012]该方法中包含屏蔽热流层组成。如图5所示是屏蔽热流层的整体框图。
[0013]屏蔽热流层由散热涂层和隔热组件组成，其中多层隔热组件的主要功能为抑制空间环境对控温对象的降温或者升温影响，散热涂层的功能为有效降低控温对象自身发热对元器件的升温影响，通过多层隔热组件和散热涂层的综合作用，配合加热回路控制单元使得控制对象保证在精密温控要求之内或者常规的在轨温度范围之内。
[0014]控制策略是通过软件实现的控制逻辑实现，具体的逻辑框图如图6所示。
[0015]控温策略为针对控温对象设计控温目标，根据判读测温元件的温度进行加热回路控制，当测温元件温度低于目标温度时，控制软件进行热流补偿的需求和加热时间的计算，然后进行加热器开启动作，进行增加占空比控制温度，考虑到热熔的过冲效应，当测温元件温度接近目标温度时，减小加热器的开启占空比，以降低热补偿效应，从而达到控制温度的目的。
[0016]实施示例一种具体用于激光通信光学终端多空间结构精密控温方法实施例如图7和图8所示。
[0017]如图7和图8所示，是本专利技术的光学终端精密控温的一种具体实施例。图中给出的激光通信光学终端的控温核心部件分布，以及对于各控温对象的控温实施方案示意图。
[0018]本实施例中，不同的控温对象有不同的控温指标，共存在四块控温区域。
[0019]主镜控温模块为精密控温模块，由于主镜为处于激光通信光学终端的内部，与空间环境无直接辐射关系，而其控温目标为
±
1度控温稳定性，因此此处的控温方案为进行在主镜支架上进行独立均匀控温，设计主镜测温元件，建立加热回路控制系统，通过目标温度控制即可。
[0020]次镜控温模块为精密控温模块，其控温特点为受空间环境影响较大，自身热熔小，因此控温方案为对次镜支架进行主动加热补偿，设置测温元件用于测温与监测，次镜补偿
加热器功率相对设计较小，并且对支架进行多层包覆，以保障次镜温度稳定性满足
±
1℃的需求。
[0021]码盘控温模块为常规控温模块，其位于激光光学终端的“肩膀
”ꢀ
内，由于加热补偿与测温元件布置无法进行直接补偿与测温，并且温度要求稳定性为
±
3℃，因此采用辐射方案对激光光学终端的“肩膀”进行热补偿，同时进行温度台阶控制，为了减少功率补偿的需求，对加热器热实施后的”肩膀“进行多层隔热设计，以保障码盘的温度指标要求。
[0022]转台电机控温模块为常规保障型控温模块，由于转台自身功耗较小，为保障其在较好的温度条件下工作，热控方案采用多层屏蔽热流的保温方案，同时通过内热流层辐射将热传递进行内部辐射传递，有效降低热补偿的需求。
附图说明
图1是激光通信光学终端整体框图。图2是精密控温系统框图。图3是多空间结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明提供了一种用于激光通信光学终端的多空间结构精密控温方法，由多空间结构和精密控温系统组成。2.根据权利要求1，多空间结构为激光通信光学终端设备，由信号收发模块、收发分离模块，光学天线模块组成。3.根据权利要求1，精密控温系统是由多空间结构控温对象、屏蔽热流层、加热回路控制单元及控温策略所组成。4.根据权利要求3，多空间结构控温对象包含核心控温对象主镜、次镜、转台电机（如有）以及其他非核心部位。5.根据权利要求3，屏蔽热流层由隔热组件和散热涂层组合而成，其中屏蔽热流层中通过隔热组件屏蔽外热流对激光光学终端的温度影响，通过散热涂层进行内发热组件的散热，通过多层隔热组件和散热涂层的综合保障作用，使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，谭俊，秦华强，冯科峰，唐宗斌，李治磊，葛泽稷，
申请(专利权)人：上海穹窿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：