一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法技术

本发明专利技术具体涉及一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，适用于在轨空间激光通信终端的初始指向标校，解决传统在轨标校方法存在校正误差大、在轨标校时间长，难以满足用户快速发射和快速部署工作需求的技术问题。该基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，包括以下步骤：1)计算激光通信终端指向目标恒星的指向角度理论值；2)根据指向角度理论值、平台卫星的姿态矩阵和理论安装矩阵，获得激光通信终端的理论指向矩阵；3)从遥测数据中读取激光通信终端的实际指向矩阵；4)计算激光通信终端的二维转台方位角指向误差和俯仰角指向误差；5)获得新安装矩阵的最优参数，完成激光通信终端指向在轨快速标校。完成激光通信终端指向在轨快速标校。完成激光通信终端指向在轨快速标校。

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法


[0001]本专利技术具体涉及一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，适用于在轨空间激光通信终端的初始指向标校。

技术介绍

[0002]随着成像、通信和科学探测卫星对数据的需求不断增加，无线电通信带来的速度限制已成为传输科学数据的瓶颈。由于较窄的光束发散和较高的光信号带宽，与无线电通信相比，光通信允许在两个位置之间进行更有效的数据传输。这也意味着需要更少的功率和更小的接收器硬件，直接大大降低了卫星平台需要的体积、重量和功率要求。
[0003]光学链路在太空中的适用性已经在许多应用场景中得到了证明，例如在同轨道卫星间、异轨道卫星间、甚至深空链路，尤其在低地球轨道网络中变得更流行，这是因为它成本低、响应速度快，有可能组成星座，进一步促进空天地海协同信息网络发展，并且能够执行单个大型卫星无法执行的任务。美国的星链、英国的oneweb等公司都已规划或发射了巨大的卫星星座，星间采用激光建联；现有的星网、军航以及一些民营卫星公司等规划的大型星座也采用了星间激光组网。星间激光因其传输容量大、体积小、重量轻和低功耗受到青睐，但这种优点是建立在小发散角光束能提供高收发增益基础上的，这对光束的捕获、跟踪的快速性和稳定性提出了比微波通信更高的要求。数十微弧度的光束角使得快速实现双向捕获变得困难，终端入轨初期通常需要花费数十天做同轴度在轨标校工作，阻碍了用户快速发射和快速部署的工作需求。因此，需要通过视轴标定的方式利用星敏感器对指向角进行标定，主要是系统的安装误差及由于发射阶段力学引起的误差进行校正。
[0004]传统的修正方法根据转台指向角度理论值和实际测量值得到方位俯仰角度误差，然后利用最小二乘法递推得到修正后的安装矩阵。实际应用中最小二乘法得到的安装矩阵参数具有过拟合问题，会严重降低指向修正精度，并且影响在轨标校时间。
[0005]综上所述，目前传统的在轨标校方法存在校正误差大、在轨标校时间长，难以满足用户快速发射和快速部署的工作需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决传统在轨标校方法存在校正误差大、在轨标校时间长，难以满足用户快速发射和快速部署工作需求的技术问题，而提供一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]1)计算设置在平台卫星上的激光通信终端指向目标恒星的指向角度理论值；
[0010]2)根据指向角度理论值、平台卫星的姿态矩阵和理论安装矩阵，获得激光通信终端的理论指向矩阵；
[0011]3)从遥测数据中读取激光通信终端的实际指向矩阵；
[0012]4)根据步骤2)所得的理论指向矩阵和步骤3)所得的实际指向矩阵，计算激光通信终端的二维转台方位角指向误差和俯仰角指向误差；
[0013]5)根据方位角指向误差和俯仰角指向误差，获得新安装矩阵的最优参数，完成激光通信终端指向在轨快速标校。
[0014]进一步地，步骤1)具体为：
[0015]在激光通信终端坐标系J2000.0惯性坐标系下，根据平台卫星上激光通信终端的坐标和目标恒星坐标，计算激光通信终端指向目标恒星的指向角度理论值P：
[0016][0017]式中，x
T
，y
T
，z
T
分别表示目标恒星在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值；x
S
，y
S
，z
S
分别表示激光通信终端在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值。
[0018]进一步地，步骤2)具体为：
[0019]2.1、获取平台卫星的姿态矩阵A：
[0020][0021]其中，q0，q1，q2，q3分别表示四元数；
[0022]2.2、根据激光通信终端与平台卫星的安装关系，获取理论安装矩阵M：
[0023][0024]其中，α，β，γ分别表示激光通信终端安装到平台卫星的理论安装矩阵M的初始角度；
[0025]2.3、根据指向角度理论值P、姿态矩阵A和理论安装矩阵M，计算激光通信终端的理论指向矩阵V0：
[0026][0027]其中，v
x0
，v
y0
，v
z0
分别表示激光通信终端理论指向矩阵V0在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值。
[0028]进一步地，步骤3)中，所述实际指向矩阵V
a
：
[0029][0030]其中，v
xa
，v
ya
，v
za
分别表示激光通信终端实际指向矩阵V
a
在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值。
[0031]进一步地，步骤4)具体为：
[0032]4.1、将步骤2.3中所得的理论指向矩阵V0与步骤3)所得的实际指向矩阵V
a
，分别代入下式计算二维转台的方位角Az和俯仰角El，获得理论方位角Az0、理论俯仰角El0和实际方位角Az
a
、实际俯仰角El
a
；
[0033][0034][0035]其中，v
x
，v
y
，v
z
分别表示激光通信终端指向矩阵在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值；
[0036]4.2、通过下式计算方位角指向误差e
Az
：
[0037]e
Az
＝Az0‑
Az
a
[0038]其中，Az0表示激光通信终端的理论方位角，Az
a
表示激光通信终端的实际方位角；
[0039]4.3、通过下式计算俯仰角指向误差e
El
：
[0040]e
El
＝El0‑
El
a
[0041]其中，El0表示激光通信终端的理论俯仰角，El
a
表示激光通信终端的实际俯仰角。
[0042]进一步地，步骤5)具体为：
[0043]5.1、对步骤2.2中理论安装矩阵M的初始角度以设定步长，遍历
±1°
，获得N个新安装矩阵；N为大于1的整数；所述设定步长的取值范围为0.005
°‑
0.05
°
；
[0044]5.2、计算第i个新安装矩阵对应的方位角指向误差e
Azi
和俯仰角指向误差e
Eli
的误差均方根值e
AEi
：
[0045][0046]所述i∈(1,N]；
[0047]5.3、设置误差均方根值的阈值，判断N个新安装矩阵的误差均方根值是否小于阈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，其特征在于，包括以下步骤：1)计算设置在平台卫星上的激光通信终端指向目标恒星的指向角度理论值；2)根据指向角度理论值、平台卫星的姿态矩阵和理论安装矩阵，获得激光通信终端的理论指向矩阵；3)从遥测数据中读取激光通信终端的实际指向矩阵；4)根据步骤2)所得的理论指向矩阵和步骤3)所得的实际指向矩阵，计算激光通信终端的二维转台方位角指向误差和俯仰角指向误差；5)根据方位角指向误差和俯仰角指向误差，获得新安装矩阵的最优参数，完成激光通信终端指向在轨快速标校。2.根据权利要求1所述的一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，其特征在于，步骤1)具体为：在激光通信终端坐标系J2000.0惯性坐标系下，根据平台卫星上激光通信终端的坐标和目标恒星坐标，计算激光通信终端指向目标恒星的指向角度理论值P：式中，x
T
，y
T
，z
T
分别表示目标恒星在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值；x
S
，y
S
，z
S
分别表示激光通信终端在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值。3.根据权利要求2所述的一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，其特征在于，步骤2)具体为：2.1、获取平台卫星的姿态矩阵A：其中，q0，q1，q2，q3分别表示四元数；2.2、根据激光通信终端与平台卫星的安装关系，获取理论安装矩阵M：其中，α，β，γ分别表示激光通信终端安装到平台卫星的理论安装矩阵M的初始角度；2.3、根据指向角度理论值P、姿态矩阵A和理论安装矩阵M，计算激光通信终端的理论指向矩阵V0：其中，v
x0
，v
y0
，v
z0
分别表示激光通信终端理论指向矩阵V0在J2000.0惯性坐标系下的x,
y,z轴坐标值。4.根据权利要求3所述的一种基于参数寻优的激光通信终端指向在轨快速标校方法，其特征在于：步骤3)中，所述实际指向矩阵V
a
：其中，v
xa
，v
ya
，v
za
分别表示激光通信终端实际指向矩阵V
a
在J2000.0惯性坐标系下的x,y,z轴坐标值。5.根据权利要求4所述的一种基于参数寻优的激光通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王轩，崔凯，韩俊锋，孟祥笙，王晨，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：