文件名称：空间激光通信光学天线及粗跟踪技术研究
文件大小：6.88MB
文件格式：CAJ
更新时间：2021-02-07 12:03:25
激光通信
空间激光通信具有数据传输量大效率高、抗干扰和截获能力强等特点，受 到了国内外各国越来越多的关注，已成为国际上的研究热点。近年来，美国、 欧洲和日本等国在该领域进行了大量研究并获得了丰硕的成果。我国也开始重 视激光通信技术的研究，并取得了一定进展。 激光通信是一项综合技术，关键技术很多，尤其是应用于空间通信，对其 技术提出了更高的要求。根据文献以及实际工程需求，本文针对空间激光通信 的光学天线及粗跟踪伺服转台两个方面的关键技术进行了研究，并对天线指向 误差进行了分析研究。 a) 为实现高光学质量的光学天线，对适用于激光通信的各种典型的天线光 学系统类型进行比较分析，确定了以卡塞格林式和离轴反射式两种光学系统进 行空间激光通信光学天线研究。根据设计参数及像质分析，对卡塞格林式结构 提出了改进。根据两种光学系统设计完成了两种光学天线的设计、优化及分 析，包括主次镜支撑，透镜组设计等在内的光学天线结构设计。 b) 为实现可靠的粗跟踪伺服转台，分析比较了几种常见的激光通信终端粗 伺服转台，选择了十字跟踪架式中的水平式粗跟踪伺服转台和潜望式粗跟踪伺 服转台进行研究。根据实际工程需求，进行了转台总体结构设计、重要器件的 选取以及整机模态分析，并对水平式转台内外框架进行了轻量化设计，加强了 刚度，减轻了质量；利用连续拓扑优化技术对潜望式转台轴系外镜筒进行了多 目标优化，根据优化结果布置加强板后，刚度及一阶固有频率均有所提高。 c) 对水平式终端采用了基于误差理论的逐项分析法进行分析。对潜望式终端则从误差源入手，得到了误差传递链路，以此为基础通过坐标变换建立了指 向误差数学模型进行分析和仿真。指向误差分析结果表明两种结构形式的粗跟 踪装置均有良好的指向精度。 d) 卡式光学天线以及水平式粗跟踪完成加工装调，并开展了光学天线系统 测试以及粗跟踪转台精度测试。口径Ф 252mm 的卡式光学天线光学系统波像 差达到 0.058λ （ λ=632.8nm ），已经达到成像系统衍射极限下的波相差，重量仅 19kg ；水平式粗跟踪系统赤纬轴轴向跟踪精度 25.99µrad 。测试结果表明所研 制的卡式光学天线以及水平式粗跟踪转台能够满足激光通信使用要求。通过分 析及仿真，离轴反射式天线及潜望式伺服转台也能满足空间激光通信应用。 通过光学天线及粗跟踪技术的研究，本论文为激光通信系统光机设计提供 更多的*度，为实际工程提供参考。