卫星平台振动对粗精复合扫描捕获概率影响研究

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卫星光通信是以激光作为媒介,在空间中进行信息传输。高精度瞄准、快速捕获以及稳定跟踪是高速激光通信过程中的第一步,是激光链路成功建链的关键阶段。然而受到卫星平台振动和空间环境等众多因素的影响,发射端光束在捕获过程中会发生抖动,捕获扫描往往产生漏扫情况,从而降低扫描捕获概率。针对卫星平台振动带来的影响,本文提出了一种复合扫描方式来补偿振动带来的误差,在实现快速捕获的同时,提高捕获概率。(1)为了补偿由于卫星平台振动带来的影响,本论文采用粗精复合的捕获扫描方式,探究不同扫描方式下捕获概率的情况。要研究粗精复合扫描方式的捕获概率情况,首先要对以往采用的粗瞄捕获扫描方式进行讨论分析。对比不同常见扫描方式的优缺点,结合扫描不确定区域的圆域形状,采用等线速度螺旋扫描作为粗瞄扫描方式是最合适的。对粗瞄螺旋扫描方式下的捕获概率求解进行了理论建模与数值计算。(2)在有平台振动存在的情况下,对于粗精复合扫描方式的研究,本论文首先选取螺旋-正弦粗精复合扫描方式进行分析,对其建立求解捕获概率的理论模型。在建模的过程中,采用一种等效覆盖区域的概念。就传统的粗瞄螺旋扫描方式而言,其发射端扫描光束在不确定区域上的投影为圆形域,而对于本文的螺旋-正弦粗精复合扫描光束到达不确定区域的投影等效为一种类田径场形状。将已求得的概率密度函数表达式在该区域内进行二重积分即可得到该扫描点对接收端卫星位置的命中概率,进而得到整个扫描过程的捕获概率理论计算结果。将该结果与粗瞄螺旋扫描方式的捕获概率理论计算结果进行对比分析,得到螺旋-正弦复合扫描方式的概率值更高,从而得到复合扫描方式对于振动的补偿效果较粗瞄扫描方式更好。(3)对单一粗瞄扫描方式以及粗精复合扫描方式捕获过程进行Monte Carlo仿真试验,包括螺旋-正弦复合扫描和螺旋-螺旋复合扫描两种方式。通过将螺旋-正弦复合扫描方式的理论计算结果与仿真试验结果进行对比分析可知,两结果符合的较好,可验证本文所建立的理论模型的有效性。通过比较复合扫描方式与螺旋扫描方式捕获概率的仿真结果,得到复合扫描方式下的捕获概率要比粗瞄扫描方式更高,可以验证复合扫描方式对振动的补偿效果更好。
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