CN101072071A - 空间光通信终端跟踪性能动态检测方法 - Google Patents

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Abstract

空间光通信终端跟踪性能动态检测方法，它涉及空间光通信终端的检测方法。它为了解决现有检测方法中只能在小角度变化范围内进行跟踪精度测量和只能对粗瞄或精瞄单元器件做静态控制性能检测的问题。本发明根据卫星平台设定轨道和姿态的全周期变化数据，进行大范围的粗瞄跟踪测量，计算出粗瞄误差D；在存在有粗瞄跟踪后的角度偏差状态的环境中，被测终端的精瞄探测器探测误差角度，并进行补偿；通过精瞄跟踪过程中CCD探测器探测最终数据，来评价动态跟踪的性能。本发明通过控制被测终端进行粗瞄跟踪检测和精瞄跟踪检测两个部分动态跟踪进行整体跟踪性能评定，从而达到被测终端的跟踪性能的最终评价，评价的最终性能与实际应用中的使用性能极为接近。

Description

空间光通信终端跟踪性能动态检测方法
技术领域
本发明涉及一种空间光通信终端的检测方法。
背景技术
空间光通信中存在着两个通信终端间的相对运动，从而面临着将发射端的光束保持在接收端探测器表面区域上的问题。为了确保空间光通信的成功，要求卫星发射之前对空间光通信终端的跟踪性能进行检测。该项技术对于光通信终端的设计、研制和工作模式的确定具有重要意义。
在现有的技术文献中，给出了一些跟踪性能的检测方法。上述方法存在的问题是：(1)只能在小角度变化范围内进行跟踪精度测量，与实际的光通信相差较大；(2)只能对粗瞄或精瞄单元器件的静态控制性能进行检测，无法对终端的动态跟瞄特性进行检测。
发明内容
本发明为了解决现有检测方法中只能在小角度变化范围内进行跟踪精度测量和只能对粗瞄或精瞄单元器件做静态控制性能检测的问题，而提出了一种空间光通信终端跟踪性能动态检测方法。
本发明的步骤如下：
步骤一：设定需要链路的卫星A和卫星B的轨道和姿态；
步骤二：根据卫星A和卫星B的轨道和姿态的实时变化数据通过计算机求出链路过程中被测终端粗瞄角度随时间的变化量Ri；
步骤三：将被测终端的粗瞄装置控制器的转动轴与测量装置码盘固定连接，当被测终端进行粗瞄跟踪时，转动轴旋转一定角度，码盘也随之转动一定角度，并读取与被测终端位移相同角度数据，通过角度数据来判断跟踪的方位；
步骤四：通过计算机将粗瞄角度随时间的变化量Ri输入到被测终端的粗瞄装置控制器中，被测终端的粗瞄装置控制器根据粗瞄角度随时间的变化量Ri进行跟踪运动，同时码盘将读取的动态实时角度反馈数据Ti输入到计算机中；
步骤五：通过粗瞄角度随时间的变化量Ri与动态实时角度反馈数据Ti做差计算出粗瞄误差D；
步骤六：再通过由激光光源1、CCD探测器2和平行光管3组成的测量设备4来测量被测终端，首先调整测量设备4的光路，使测量设备4中激光光源1、CCD探测器2的视场和平行光管3共轴；然后设定被测终端与测量设备4之间初始位；
步骤七：将被测终端的粗瞄误差D通过计算机输入到粗瞄装置控制器中，通过粗瞄装置来模拟跟踪过程中粗瞄跟踪后的角度偏差状态；
步骤八：在存在有粗瞄跟踪后的角度偏差状态的环境中，被测终端的精瞄探测器通过平行光管3探测激光光源1与被测终端的精瞄探测器之间的误差角度的测量值，并控制精瞄装置进行补偿；
步骤九：补偿的效果通过CCD探测器2进行动态实时测量；
步骤十：通过精瞄跟踪过程中CCD探测器2探测到的最终入射光斑的误差数据E，计算出被测终端的最终平均跟踪误差 和最终误差的均方差σE，来评价动态跟踪的性能。
本发明针对卫星光通信终端的应用背景，根据卫星平台设定轨道和姿态的全周期变化数据，进行大范围的粗瞄跟踪测量，通过控制被测终端进行粗瞄跟踪检测和精瞄跟踪检测两个部分动态跟踪进行整体跟踪性能评定，从而达到被测终端的跟踪性能的最终评价，评价的最终性能与实际应用中的使用性能极为接近。本发明实现了全卫星运行区域内0.1角秒检测精度的卫星光通信终端跟踪性能检测。
附图说明
图1是本发明步骤六中的测量装置结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式步骤如下：
步骤一：设定需要链路的卫星A和卫星B的轨道和姿态；
步骤二：根据卫星A和卫星B的轨道和姿态的实时变化数据量，通过计算机求出链路过程中被测终端的粗瞄角度随时间的变化量Ri；
步骤三：将被测终端的粗瞄装置控制器的转动轴与码盘固定连接，当被测终端进行粗瞄跟踪时，转动轴旋转一定角度，码盘也随之转动一定角度，并读取与被测终端位移相同角度数据；
步骤四：通过计算机将粗瞄角度随时间的变化量Ri输入到被测终端的粗瞄装置控制器中，被测终端的粗瞄装置控制器根据粗瞄角度随时间的变化量Ri进行跟踪运动，同时码盘将读取的动态实时角度反馈数据Ti输入到计算机中；
步骤五：通过粗瞄角度随时间的变化量Ri与动态实时角度反馈数据Ti做差计算出粗瞄误差D；
步骤六：再通过由激光光源1、CCD探测器2和平行光管3组成的测量设备4来测量被测终端，首先调整测量设备4的光路，使测量设备4中激光光源1、CCD探测器2的视场和平行光管3共轴；然后设定被测终端与测量设备4之间初始位；
步骤七：将被测终端的粗瞄误差D通过计算机输入到粗瞄装置控制器中，通过粗瞄装置来模拟跟踪过程中粗瞄跟踪后的角度偏差状态；
步骤八：在存在有粗瞄跟踪后的角度偏差状态的环境中，被测终端的精瞄探测器通过平行光管3探测激光光源1与被测终端的精瞄探测器之间的误差角度的测量值，并控制精瞄装置进行补偿；
步骤九：补偿的效果通过CCD探测器2进行动态实时测量；
步骤十：通过精瞄跟踪过程中CCD探测器2探测到的最终入射光斑的误差数据E，计算出被测终端的最终平均跟踪误差 和最终误差的均方差σE，来评价动态跟踪的性能。
粗瞄角度随时间的变化量Ri为期望瞄准角度值；动态实时角度反馈数据Ti为粗瞄反馈角度数据，也就是每次采样所得到的测量值；粗瞄装置根据粗瞄角度随时间的变化量Ri调整的过程中，调整量分别为方位方向和俯仰方向的变化量。码盘采用长春华特光电公司生产的CIF-MP001型绝对式光电码盘，分辨率23位，有效精度21位；计算机采用研华的普通工控机，主频1GHz以上；平行光管选用南京英田光学仪器有限公司产品，焦距4m(误差小于1％)，口径300mm：激光光源与平行光管配套使用，用于发射近平行激光束，选用美国Lasertel公司的光纤耦合输出激光器，型号LT-2010-01，纤径50um，数值孔径0.22，输出波长800nm-830nm，输出功率500mW；CCD探测器要求有较高的位置分辨率和探测频率以进行高精度动态实时测角，选用德国Basler公司的光电探测器，型号622f，像元数1280*1024，像素尺寸6.7um*6.7um，全视域帧频25Hz。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤六中的设定被测终端与测量设备之间初始位，是根据被测终端与测量设备之间的坐标位置和姿态数据，计算出被测终端对准测量设备的所需的角度变化量；调整被测终端的粗瞄装置进行CCD探测器2与被测终端探测器成像瞄准；监测CCD探测器2与被测终端探测器的输出数据，当入射光斑均位于CCD探测器2与被测终端探测器中心时，即认为初始化调整完成；其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤十中被测终端的最终平均跟踪误差
Figure A20071007236100071
和最终误差的均方差σE计算公式如下：
E ‾ = Σ i = 1 n E i n
σ E = Σ i = 1 n ( E i - E ‾ ) 2 n - 1
其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤八中被测终端的精瞄探测器通过平行光管3探测激光光源1与被测终端的精瞄探测器之间的误差角度的测量值，跳出精瞄范围内，评价动态跟踪的性能不合格；其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims (4)

1、空间光通信终端跟踪性能动态检测方法，其特征在于它步骤如下：
步骤一：设定需要链路的卫星A和卫星B的轨道和姿态；
步骤二：根据卫星A和卫星B的轨道和姿态的实时变化数据量，通过计算机求出链路过程中被测终端的粗瞄角度随时间的变化量Ri；
步骤三：将被测终端的粗瞄装置控制器的转动轴与码盘固定连接，当被测终端进行粗瞄跟踪时，转动轴旋转一定角度，码盘也随之转动一定角度，并读取与被测终端位移相同角度数据；
步骤四：通过计算机将粗瞄角度随时间的变化量Ri输入到被测终端的粗瞄装置控制器中，被测终端的粗瞄装置控制器根据粗瞄角度随时间的变化量Ri进行跟踪运动，同时码盘将读取的动态实时角度反馈数据Ti输入到计算机中；
步骤五：通过粗瞄角度随时间的变化量Ri与动态实时角度反馈数据Ti做差计算出粗瞄误差D；
步骤六：再通过由激光光源(1)、CCD探测器(2)和平行光管(3)组成的测量设备(4)来测量被测终端，首先调整测量设备(4)的光路，使测量设备(4)中激光光源(1)、CCD探测器(2)的视场和平行光管(3)共轴；然后设定被测终端与测量设备(4)之间初始位；
步骤七：将被测终端的粗瞄误差D通过计算机输入到粗瞄装置控制器中，通过粗瞄装置来模拟跟踪过程中粗瞄跟踪后的角度偏差状态；
步骤八：在存在有粗瞄跟踪后的角度偏差状态的环境中，被测终端的精瞄探测器通过平行光管(3)探测激光光源(1)与被测终端的精瞄探测器之间的误差角度的测量值，并控制精瞄装置进行补偿；
步骤九：补偿的效果通过CCD探测器(2)进行动态实时测量；
步骤十：通过精瞄跟踪过程中CCD探测器(2)探测到的最终入射光斑的误差数据召，计算出被测终端的最终平均跟踪误差
Figure A2007100723610002C1
和最终误差的均方差σE，来评价动态跟踪的性能。
2、根据权利要求1所述的空间光通信终端跟踪性能动态检测方法，其特征在于步骤六中的设定被测终端与测量设备之间初始位，是根据被测终端与测量设备之间的坐标位置和姿态数据，计算出被测终端对准测量设备的所需的角度变化量；调整被测终端的粗瞄装置进行CCD探测器(2)与被测终端探测器成像瞄准；监测CCD探测器(2)与被测终端探测器的输出数据，当入射光斑均位于CCD探测器(2)与被测终端探测器中心时，即认为初始化调整完成。
3、根据权利要求1所述的空间光通信终端跟踪性能动态检测方法，其特征在于步骤十中被测终端的最终平均跟踪误差
Figure A2007100723610003C1
和最终误差的均方差σE计算公式如下：
E ‾ = Σ i = 1 n E i n
σ E = Σ i = 1 n ( E i - E ‾ ) 2 n - 1 .
4、根据权利要求1所述的空间光通信终端跟踪性能动态检测方法，其特征在于步骤八中被测终端的精瞄探测器通过平行光管(3)探测激光光源(1)与被测终端的精瞄探测器之间的误差角度的测量值，跳出精瞄范围内，评价动态跟踪的性能不合格。
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