潛望式衛(wèi)星光通信終端45度鏡空間溫變特性及影響研究.pdf

1、衛(wèi)星激光通信技術由于其傳輸數(shù)據(jù)率高、保密性好、體積小而且重量輕，受到世界各國越來越多的關注。美國、歐洲和日本等國已相繼實現(xiàn)了衛(wèi)星激光通信技術工程化，并成功進行了星地和星間激光通信實驗，其他國家也在大力發(fā)展衛(wèi)星激光通信技術。
　　衛(wèi)星激光通信由于傳輸距離遠，激光光束束散角小，使得瞄準、捕獲和跟蹤（PAT）技術成為鏈路建立和保持的關鍵技術。衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)主要包括光信號收發(fā)子系統(tǒng)、跟瞄子系統(tǒng)以及通信子系統(tǒng)。跟瞄子系統(tǒng)由粗瞄機構和精瞄機

2、構兩部分構成，粗瞄機構的結構形式一般分為潛望式結構和經緯儀式結構。對于潛望式結構，需要在粗瞄機構上安裝兩塊45度放置的反射鏡，粗瞄機構及其45度反射鏡安裝在衛(wèi)星艙外用以實現(xiàn)光信號的收發(fā)和跟瞄。這樣，45度反射鏡就暴露在空間熱環(huán)境中，形成具有一定梯度的溫度場并使反射鏡產生熱形變，對衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的跟瞄性能和通信性能產生一定的影響。因此，研究潛望式衛(wèi)星光通信終端45度反射鏡空間溫度場分布，及其對激光通信系統(tǒng)跟瞄性能和通信性能的影響具有重要

3、意義。
　　本文首先闡述了世界各國衛(wèi)星激光通信技術的發(fā)展情況，介紹了空間熱環(huán)境對激光通信終端性能影響的國內外研究現(xiàn)狀。針對潛望式衛(wèi)星光通信終端，對45度反射鏡空間溫度場分布、及其對系統(tǒng)跟瞄性能和通信性能的影響進行了深入系統(tǒng)的研究，具體工作如下：
　　本文建立了潛望式衛(wèi)星光通信終端45度反射鏡上的溫度分布對系統(tǒng)跟瞄性能影響的理論模型，分析了45度反射鏡上的溫度分布對發(fā)射端瞄準性能和接收端跟蹤性能的影響，得到了跟瞄誤差和接收平面

4、上的光強分布隨45度反射鏡上溫度梯度和均勻溫差的變化規(guī)律。
　　研究了存在衛(wèi)星平臺振動環(huán)境下，45度反射鏡上的溫度分布對系統(tǒng)通信性能的影響。在不考慮噪聲和考慮噪聲兩種條件下，建立了45度反射鏡上的溫度分布對通信誤碼率影響的理論模型，給出了通信誤碼率隨45度反射鏡上的溫度梯度和均勻溫差的變化規(guī)律。分析過程中，通過采用不同的通信光波長、振動角偏差和光束切斷比，在45度反射鏡上存在溫度分布變化情況下，得到了通信誤碼率隨各個參量的變化關系

5、。
　　在45度反射鏡上存在溫度梯度和均勻溫差分布情況下，對比分析了背部框架固定方式與傳統(tǒng)的圓周壓圈固定方式對系統(tǒng)跟瞄性能和通信性能的影響。分析結果表明，相比于圓周壓圈固定方式，背部框架固定方式更加適合于45度反射鏡的固定。
　　建立了潛望式衛(wèi)星光通信終端在軌運行過程中，45度反射鏡在軌溫度場分布的理論模型，給出了典型的低軌和高軌上45度反射鏡的在軌溫度場變化規(guī)律。對比分析了四種不同材料的45度反射鏡的在軌溫度場分布及其變化

6、規(guī)律，結果表明SiC反射鏡具有最小的溫度變化范圍和溫度不均勻性，是45度反射鏡的可選材料。本文對背部固定方式下SiC材料反射鏡的在軌溫度場分布情況進行了實驗模擬，通過對實驗結果與仿真結果的對比分析，驗證了采用仿真方法進行45度反射鏡在軌溫度場計算的正確性。
　　最后研究了45度反射鏡在軌溫度場分布對系統(tǒng)跟瞄性能和通信性能的影響，得到了潛望式衛(wèi)星光通信終端在軌運行過程中，跟瞄誤差、接收平面光強分布和通信誤碼率隨時間的變化規(guī)律。