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空间 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

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王俊尧, 宋延嵩, 佟首峰, 姜会林, 董岩, 董科研, 常帅. 空间 通信组网反射镜联动跟踪控制技术[J]. , 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 通信组网反射镜联动跟踪控制技术[J]. , 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 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 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 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 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、 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 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 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 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 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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  • 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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