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现如今,基于光电跟瞄系统的研究一直是国内外的热门话题,其主要原因是光电跟瞄系统可以广泛应用在各个领域,不仅对人们的日常生活甚至对一个国家的综合国力都具有日益深远的影响。不论是地基光电跟瞄系统,或是舰载、车载、机载,甚至是应用于自由空间激光通信的跟瞄系统,其本质就是对运动目标进行跟踪成像,因此它的核心就是自动捕获、瞄准、跟踪(Acquisition-Tracking-Pointing,即ATP)系统。所以,ATP系统的性能直接关系到光电跟瞄系统的整体性能。
本文主要研究基于自由空间激光通信ATP粗跟踪系统的动态性能检测平台。众所周知,自由空间激光通信具有通信容量大、数据传输速率高、收发系统体积小利于集成并且高保密性等优点,从而成为国内外科学家们研究的重点。但同时由于激光波长较小,激光光束的衍射极限发散角较窄,通常在微弧度量级,并且通信距离较远,从几千米至数万千米,在这种情况下,对光束的捕获、跟踪和瞄准是非常困难的。因此自由空间光通信的显著优点也是一把双刃剑,它同时也是系统技术要攻克的难点。
由于ATP系统的跟瞄精度直接影响链路的效率,而作为ATP子系统的一个重要组成部分,粗跟踪系统是ATP过程的初始,用于完成对目标信号的捕获以及粗跟踪。因而自由空间ATP粗跟踪系统的各项性能也直接影响通信链路的效率,因而我们必须在地面上完成对粗跟踪系统各项关键指标性能的检测。
本论文基于对光电跟瞄系统、自由空间激光通信、通信终端ATP系统和粗跟踪系统的深入了解,详细分析粗跟踪系统的各项动态性能指标,从而提出相应的空间ATP粗跟踪动态性能测试系统需求。并结合国内外已经实现的地面实验室条件自由空间激光通信终端检测平台以及常用的检测方法,采用一种基于幕墙激光光斑的粗跟踪动态性能测试方法。在此基础上,利用STK获得特定星地链路轨道数据,结合时间系统及坐标系系统转换原理,利用MATLAB将星地链路轨道数据转换为动态性能测试系统的动态数据。更进一步,搭建相应的实验室动态性能测试平台,对建立自由空间激光通信终端整机的测试平台提供重要的参考价值和实现依据。
本论文的创新点如下所示:
(1)本论文采用基于幕墙反射激光光斑的动态性能测试方法,该方法原理新颖,实现简单,易于携带、搭建,不仅适用于实验室检测条件,而且易于携带至外场进行测试;
(2)基于对各空间坐标系之间的转换模型以及测试平台各装置之间的空间位置关系,计算出测试系统的方位、俯仰角运动数据,以模拟特定星地链路中地面站相对于卫星载荷的轨道运动,检测粗跟踪系统的各项动态性能。