[发明专利]超前瞄准与精跟踪二合一系统与光束指向方法

说明书

本发明涉及一种超前瞄准与精跟踪二合一系统与光束指向方法，包括二合一模组、通信光激光器、精跟踪探测器、分光镜和天线；通信光激光器、分光镜和二合一模组直线排列，在分光镜的下方设置精跟踪探测器，在二合一模组的上方设置天线；二合一模组包括第一反射镜模块和第二反射镜模块，第一反射镜模块设于第二反射镜模块上方；第一反射镜模块包括透反镜，透反镜设置于上运动辅助平台上，所述第二反射镜模块包括反射镜，反射镜设置于下运动辅助平台上，上运动辅助平台与下运动辅助平台光轴重合。本发明旨在简化卫星光通信终端APT系统光路，降低其体积、质量与功耗。

技术领域

本发明属于卫星激光通信技术领域，尤其涉及一种超前瞄准与精跟踪二合一系统与光束指向方法。

背景技术

卫星激光通信因其通信速率高、终端载荷轻小、安全性好的优点成为解决卫星微波通信瓶颈的新技术。卫星激光通信技术中需要APT系统对目标进行捕获与稳定跟踪后才能进行通信，一般是通过粗跟踪系统进行目标捕获，然后通过精跟踪系统进行目标跟踪，当实现稳定跟踪后才能进行通信，然而卫星激光通信距离遥远，光束传输存在弛豫时间，这段时间内卫星与目标之间的相对运动会造成偏差角，在以往APT系统中大都采用超前瞄准振镜来补偿该偏差角，在早期的卫星激光通信系统中大多采用这种方式进行精跟踪与超前瞄准光束控制，如欧空局ESA研制的LCT激光通信终端，日本研制的LUCE激光通信终端，我国的海洋二号卫星激光通信终端。这种光束控制方法需要两块快速反射镜，通过“一镜一扫”的方式进行精跟踪与提前量跟踪，因此增大了APT系统的体积、质量与功耗(SWaP指标)，同时也增加了系统的复杂度，使其可靠性降低。

随着技术的发展，国内外均投入了大量资源进行卫星光通信组网系统的研发，如美国SpaceX公司正在进行的星链计划，我国目前开展的天地一体化信息网络等，组建卫星光网络需要大量的卫星，一方面需要约束卫星光通信载荷的SWaP指标来控制成本，另一方面需要提高APT系统的可靠性与稳定性。超前瞄准光束控制系统的特点是带宽低一般只有十几赫兹，且行程相对于精跟踪也较小，一般都在100urad以内，最主要的是上行超前瞄准光束与下行精跟踪光束波段不同，以星间激光通信为例通信光束一般采用1550nm波长的红外光，而捕获与跟踪则采用808nm/830nm波长的近红外光。因此本专利利用超前瞄准光束与精跟踪光束控制系统的特点，提出一种同时兼顾二者的光束指向系统与方法，该方法可以在保证指向精度的前提下，同时实现超前瞄准与精跟踪，达到降低APT系统SWaP指标的目的，具有更加广泛的应用范围，更具稳定性与可靠性。

中国发明专利：CN110971296A，一种超前瞄准机构与精指向机构联合的空间无信标光通信终端扫描方法及系统。该专利公开了一种无信标捕获系统与方法，该方法利用超前瞄准机构与精跟踪机构联合来提升扫描覆盖范围缩短扫描时间；中国发明专利：CN102830714A，一种空地激光通信中的超前瞄准方法，该方法公开了一种利用卫星平台GPS数据与姿态测量数据的超前瞄准光束指向角计算方法。参见图2，上述比较相关的专利中并未涉及到兼顾超前瞄准与精跟踪二合一的指向机构，也并未对减少APT系统SWaP指标具有有益效果。在本申请中采用两级柔性机构作为基本框架体，上级平台承载超前瞄准光束反射镜，下级平台承载精跟踪反射镜，利用上、下行光束的波段差，实现对两种光束的分别控制。上行反射镜对1550nm波长的光高反而对808nm和830nm波长的光高透，透射过的光被下运动辅助平台承载的反射镜射在精跟踪探测器靶面上进行精跟踪。上述相关专利中并未涉及到兼顾超前瞄准与精跟踪二合一的指向机构，也并未对减少APT系统SWaP指标具有有益效果。

综上所述，传统的方案中需要采用两块快速反射镜分别进行上行通信光束预瞄准与下行精跟踪链路光束的稳定。这种结构不利于光路缩减降低载荷体积、质量与功耗，同时也增加了系统的复杂度，而SWaP指标是卫星载荷关键性指标。因此需要更加轻小型化的光束指向模组来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超前瞄准与精跟踪二合一系统与光束指向方法，能够降低通信载荷APT系统的SWaP指标。

为实现以上技术目标，本发明采用以下技术方案：