[发明专利]组合成像与激光通信系统、方法和卫星

说明书

通过激光信号成像和通信的组合系统包括望远镜(10)，在所述望远镜中，主镜片(1)和副镜片(2)在成像功能与涉及激光传输信号发射的功能之间共享。通过在承载组合系统的卫星上额外放置地理定位装置获取激光传输信号的发射方向(DE)所需的精度。不使用粗化对准组件，而且系统也可能没有任何细化对准组件和目标捕获和跟踪检测器。

技术领域

本发明涉及到一种组合成像与激光通信系统、承载这种系统的卫星以及通过激光信号进行通信的方法。

背景技术

通过激光信号在绕地球轨道运行的卫星与位于地球上或另一个卫星上的激光通信接收器之间进行通信是众所周知的。通常，卫星上装有专用于激光信号通信的终端。这种激光通信终端通常包括激光辐射源、激光通信控制器、向外发射激光辐射的光学仪器、用CPA表示的粗化对准组件以及用FPA表示的细化对准组件。发射光学仪器通常是具有至少两个镜片的望远镜，包括主镜片和副镜片。粗化对准组件和细化对准组件用于根据目标方向实时指引并保持终端的发射方向，所述目标方向被确定为指向激光通信接收器。为此，根据轨道测量数据的传播实时估算发射方向，该数据定期从地面加载到卫星，例如，卫星在其轨道上每旋转一圈或者每一天加载一次。换言之，卫星坐标在不同时间更新，然后根据激光通信接收器的坐标并根据发射激光传输信号的卫星的稍后位置计算目标方向。从卫星坐标的最后一次更新中计算出卫星在发射激光传输信号过程中的这个位置，以及发射这些信号的目标方向。所述计算通常是在惯性参考系中进行的，所述惯性参考系意即相对于遥远的恒星固定的参考系。

按照已知的方式，粗化对准组件包括两轴万向节，在所述两轴万向节上安装激光通信终端的光学零件，或者在其上安装终端的输出镜片。这种粗化对准组件由具有两个旋转轴的支架、两个马达以及必要的控制器组成。

而且按照已知的方式，细化对准组件包括小的可移动镜片，该可移动镜片设置在激光辐射源于向外输出激光辐射的光学仪器之间的激光传输信号的激光辐射路径中。该可移动镜片设置在终端内的激光传输信号路径的一部分上，这部分是发射路径和接受路径的共用部分，以便稳定终端的视线。按照这种方式，可以消除同一视线中存在的干扰。为此，细化对准组件还包括执行器以及用于指引可移动镜片的附加控制器。

此外，再一次按照已知的方式，卫星上装载的激光通信终端进一步包括目标捕获和跟踪系统或者ATS。这种目标捕获和跟踪系统的功能是最初检测、然后跟踪远程激光通信接收器，把从卫星发射的信号传输到所述远程激光通信接收器上。这种系统包括基于阵列的图像检测器，使之能够至少控制细化对准组件的调整，以使激光传输信号的发射方向与远程接收器发射的激光信号的接受方向之间发生偏差。

文献EP1635485表明，已经改进了卫星的姿态和轨道控制系统，这样使之能够消除卫星上装载的激光通信终端的粗化对准组件。然后，把用于通过装置发射激光辐射的光学仪器牢固地固定到卫星的框架上，使得该光学仪器的光轴相对于框架固定。然后，可以通过定向整个卫星并使用细化对准组件将通过终端发射激光传输信号的方向调整到目标方向。

卫星常用于成像任务，其中，通过卫星上装载的成像仪器捕获地球表面的图像，而且其中，光学仪器部分通常是由望远镜组成的。通过传输激光信号进行的通信非常适合把图像数据传输到可能位于地球或其它卫星上的远程接收器。使之能够以较低功耗进行非常高速的数据传输。但是，光通信系统的复杂性和成本，尤其是由于对准组件及相关控制系统，限制了该技术的使用。

文献EP 2 388 646描述了一种成像系统，其适于在卫星上，并且除了所需目标区域的图像之外，还通过形成远离系统的激光辐射源的图像来检测视线的变化。源自目标区域和源自激光源的两种辐射都根据主镜片和次镜片的相同顺序在系统的望远镜内反射。

考虑到这种情况，本发明的目的是减少这种卫星的部件的数量，这有助于其重量、成本及其发射成本。

发明内容

为了实现至少其中一个目的，本发明的第一方面是提供通过激光信号成像和通信的组合系统，包括：