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空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术

王俊尧 宋延嵩 佟首峰 姜会林 董岩 董科研 常帅

王俊尧, 宋延嵩, 佟首峰, 姜会林, 董岩, 董科研, 常帅. 空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 537-546. doi: 10.3788/CO.2019-0176
引用本文: 王俊尧, 宋延嵩, 佟首峰, 姜会林, 董岩, 董科研, 常帅. 空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 537-546. doi: 10.3788/CO.2019-0176
WANG Jun-yao, SONG Yan-song, TONG Shou-feng, JIANG Hui-lin, DONG Yan, DONG Ke-yan, CHANG Shuai. Linkage tracking control technology of space laser communication network mirror[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 537-546. doi: 10.3788/CO.2019-0176
Citation: WANG Jun-yao, SONG Yan-song, TONG Shou-feng, JIANG Hui-lin, DONG Yan, DONG Ke-yan, CHANG Shuai. Linkage tracking control technology of space laser communication network mirror[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 537-546. doi: 10.3788/CO.2019-0176

空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术

doi: 10.3788/CO.2019-0176
基金项目: 国家自然科学基金重大研究计划(No.91838301)
详细信息
    作者简介:

    王俊尧(1994—),男,吉林长春人,硕士研究生,主要从事空间激光通信系统伺服控制方面的研究。E-mail:wangjy2001@126.com

    宋延嵩(1983—),男,吉林长春人,硕士生导师,主要从事空间激光通信系统光束伺服、光电跟踪和光电测试方面的研究。E-mail:songyansong2006@126.com

    佟首峰(1972—),男,吉林长春人,教授,博士生导师,“长江学者”特聘教授,主要从事空间遥感与激光通信等方面的研究。Email:tsf1998@sina.com

    姜会林(1945—),男,吉林长春人,院士,博士生导师,主要从事空间光电技术方面的研究。E-mail:HLJiang@cust.edu.cn

    董岩(1978—),男,吉林长春人,博士,讲师,主要从事伺服控制,自动控制等方面的研究。E-mail:dongyan_personal@163.com

    董科研(1980—),男,吉林长春人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事光学系统设计、激光通信和光谱仪器设计等方面的研究。E-mail:dongkeyan@163.com

    常帅(1989—),男,吉林长春人,博士研究生,主要从事空间激光通信系统中光学锁相技术方面的研究。E-mail:cs0617@126.com

    通讯作者:

    宋延嵩 电话:135-0432-3907 地址:长春理工大学南校区实训中心

  • 中图分类号: TN929.1

Linkage tracking control technology of space laser communication network mirror

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China Major Research Project (No.91838301)
More Information
  • 摘要: 为提高光学天线能量利用效率,实现空间激光通信组网,本文对反射镜联动跟踪控制技术展开研究。首先,阐述了系统组成原理,详细论述了基于单探测器多执行器的反射镜联动跟踪控制策略。接着,通过分析激光链路能量,得到了联动跟踪约束条件及误差要求。然后,建立了双反射镜联动跟踪数学模型,对伺服控制器进行仿真。最后,搭建原理样机对跟踪性能进行测试。实验结果表明,系统能够对目标进行稳定跟踪,跟踪脱靶量精度优于83 μrad,双镜联动精度优于26 μrad,系统接收光功率显著提高。本文研究为实现空间一对多激光通信链路组网奠定了基础。
  • 图  1  粗跟踪系统组成

    Figure  1.  Composition of coarse tracking system

    图  2  多反射镜拼接光学天线

    Figure  2.  Multi-mirror splicing optical antenna

    图  3  双镜光斑联合成像示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of double mirror spot combined imaging

    图  4  双镜联动跟踪架构

    Figure  4.  Double mirror linkage tracking architecture

    图  5  反射镜位置关系

    Figure  5.  Position relationship between mirrors

    图  6  双光斑中心位置检测

    Figure  6.  Double spot center position detection

    图  7  空间光路示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of space light path

    图  8  发射通信光束远场功率分布

    Figure  8.  Far-field power distributions of transmitted communication lights

    图  9  联动跟踪系统模型

    Figure  9.  Linkage tracking system model

    图  10  位置环频率特性

    Figure  10.  Frequency characteristics of position loop

    图  11  实验装置组成

    Figure  11.  Configuration of the experimental system

    图  12  实验现场照片

    Figure  12.  Photographs of experimental site

    图  13  跟踪误差曲线

    Figure  13.  Tracking error curves

    表  1  接收端光功率测试结果

    Table  1.   Test results of optical power at the receiving end

    跟踪方式监测点平均光功率
    单镜独立跟踪/dB−24.6
    双镜联动跟踪/dB−21.9
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  • [1] 高铎瑞, 李天伦, 孙悦, 等. 空间激光通信最新进展与发展趋势[J]. 中国光学,2018,11(6):901-913.

    GAO D R, LI T L, SUN Y, et al. Latest developments and trends of space laser communication[J]. Chinese Optics, 2018, 11(6): 901-913. (in Chinese)
    [2] 任建迎, 孙华燕, 张来线, 等. 空间激光通信发展现状及组网新方法[J]. 激光与红外,2019,49(2):143-150. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2019.02.003

    REN J Y, SUN H Y, ZHANG L X, et al. Development status of space laser communication and new method of networking[J]. Laser &Infrared, 2019, 49(2): 143-150. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2019.02.003
    [3] 付强, 姜会林, 王晓曼, 等. 空间激光通信研究现状及发展趋势[J]. 中国光学,2012,5(2):116-125.

    FU Q, JIANG H L, WANG X M, et al. Research status and development trend of space laser communication[J]. Chinese Optics, 2012, 5(2): 116-125. (in Chinese)
    [4] 李少辉, 陈小梅, 倪国强. 高精度卫星激光通信地面验证系统[J]. 光学精密工程,2017,25(5):1149-1158.

    LI SH H, CHEN X M, NI G Q. Highly precise ground certification system of satellite laser communication[J]. Optics and Precision Engineering, 2017, 25(5): 1149-1158. (in Chinese)
    [5] 姜会林, 付强, 赵义武, 等. 空间信息网络与激光通信发展现状及趋势[J]. 物联网学报,2019,3(2):1-8.

    JIANG H L, FU Q, ZHAO Y W, et al. Development status and trend of space information network and laser communication[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2019, 3(2): 1-8. (in Chinese)
    [6] 曾飞, 高世杰, 伞晓刚, 等. 机载激光通信系统发展现状与趋势[J]. 中国光学,2016,9(1):65-73.

    ZENG F, GAO SH J, SAN X G, et al. Development status and trend of airborne laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 65-73. (in Chinese)
    [7] 尹志忠, 陈静毅, 周贤伟. 美军卫星通信系统的发展及其技术研究[J]. 通信技术,2009,42(11):55-58. doi: 10.3969/j.issn.1002-0802.2009.11.019

    YIN ZH ZH, CHEN J Y, ZHOU X W. Development and technology of U. S. military satellite communications systems[J]. Communications Technology, 2009, 42(11): 55-58. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-0802.2009.11.019
    [8] 吴应明, 刘兴, 罗广军, 等. 空间光通信网络技术的研究进展及架构体系[J]. 光通信技术,2017,41(11):46-49.

    WU Y M, LIU X, LUO G J, et al. Research progress and structure system of space optical communication network technology[J]. Optical Communication Technology, 2017, 41(11): 46-49. (in Chinese)
    [9] 于笑楠, 佟首峰, 董岩, 等. 空间激光通信组网单光束跟踪子系统[J]. 光学精密工程,2014,22(12):3348-3353.

    YU X N, TONG SH F, DONG Y, et al. Single beam tracking subsystem of space laser communication network[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(12): 3348-3353. (in Chinese)
    [10] 姜会林, 江伦, 宋延嵩, 等. 一点对多点同时空间激光通信光学跟瞄技术研究[J]. 中国激光,2015,42(4):0405008.

    JIANG H L, JIANG L, SONG Y S, et al. Research of optical and APT technology in one-point to multi-point simultaneous space laser communication system[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015, 42(4): 0405008. (in Chinese)
    [11] 姜会林, 胡源, 丁莹, 等. 空间激光通信组网光学原理研究[J]. 光学学报,2012,32(10):1006003.

    JIANG H L, HU Y, DING Y, et al. Optical principle research of space laser communication network[J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(10): 1006003. (in Chinese)
    [12] 姜会林, 胡源, 宋延嵩, 等. 空间激光通信组网光端机技术研究[J]. 航天遥感与返回,2011,32(5):52-59.

    JIANG H L, HU Y, SONG Y S, et al. Research on space laser communication network[J]. Spacecraft Recovery &Remote Sensing, 2011, 32(5): 52-59. (in Chinese)
    [13] 张雅琳, 安岩, 王超, 等. 空间激光通信组网中旋转抛物面基底面型研究[J]. 光学学报,2015,35(7):0706003.

    ZHANG Y L, AN Y, WANG CH, et al. Research on rotating paraboloid based surface in space laser communication network[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(7): 0706003. (in Chinese)
    [14] 姜会林, 佟首峰, 张立中, 等. 空间激光通信技术与系统[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010: 9-22.

    JIANG H L, TONG SH F, ZHANG L ZH, et al.. The Technologies and Systems of Space Laser Communication[M]. Beijing: National Defend Industry Press, 2010: 9-22. (in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-09
  • 修回日期:  2019-11-08
  • 刊出日期:  2020-06-01

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