卫星激光通信复合扫描捕获概率研究

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在卫星光通信的整个过程中,捕获是建立链路的第一步,捕获成功与失败直接关系到双方卫星是否能够建立通信链路。目前国际上所常采用的粗瞄螺旋扫描方式用于卫星与卫星之间建立通信链路时,还存在一定缺陷,因此亟需一种更加适合两卫星通信终端的扫描方式来提高捕获概率,降低捕获时间,本文在典型粗瞄螺旋扫描方式的基础上采用了一种粗瞄-精瞄结合的复合扫描技术,在一定程度上改善了捕获方式,为卫星光通信扫描方式提供了一种新的思路。本文通过对卫星光通信系统以及PAT子系统的组成结构进行分析,介绍了几种典型的扫描方式,矩形扫描、矩形螺旋扫描以及螺旋扫描,后对螺旋扫描的理论模型进行推导,得到其平均捕获时间以及平均捕获概率,根据对粗瞄螺旋扫描方式的分析总结,采用粗瞄与精瞄相互结合的复合扫描技术,该方式不改变粗瞄转台的扫描轨迹,依旧执行螺旋扫描,同时给予精瞄子系统一定的正弦波动,在不增加扫描时间的前提下,提高了对不确定区域的覆盖率,为空间激光通信提供一种新的思路,接着对该扫描方式建立理论模型,确定了捕获策略,得到平均捕获时间以及多场扫描的平均捕获概率。进一步对其进行分析,将其与单一的粗瞄扫描方式进行比较分析,分别从扫描路径、重叠率以及捕获概率的的角度上分析粗精复合的方式在扫描过程中的优势所在。首先通过二者扫描路径长度,可求得两种方式扫完整个不确定区域覆盖的总面积,间接证明了复合扫描对于不确定区域的覆盖率要更高。之后进一步求得两者对于不确定区域的覆盖率,印证了之前的设想。为了更直观的看到复合扫描对于捕获概率的提升,通过查阅文献资料,使用了一种求单个驻留点的捕获概率的方式并应用到复合扫描中,证明了复合扫描要优于粗瞄螺旋扫描。基于对捕获过程的理论模型,根据Monte Carlo方法进行仿真,采用粗瞄与精瞄结合的复合扫描技术对捕获性能产生的作用进行评估,同时仿真模拟单一的粗瞄扫描方式,将其与复合扫描方式进行比较。后加入了空间环境与卫星自身所导致的随机振动,使扫描轨迹大幅度偏离原始轨迹后,对比二者可以得到复合扫描在引入振动后捕获概率以及稳定性都要明显高于粗瞄螺旋扫描,足以证明该方法的有效性,本文所采用的螺旋-正弦复合扫描方式在一定程度上提高捕获概率,可为今后卫星光通信捕获方式的选择提供一定的借鉴意义。
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