CN101072072A - 空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法 - Google Patents

空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法 Download PDF

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马晶
谭立英
于思源
刘剑峰
韩琦琦
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Abstract

空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法，涉及到空间光通信终端性能测试方法。本发明实现了在地面对卫星光通信终端的捕获率性能的测试。它的具体步骤为：在地面的实验场所固定放置两个被测光通信终端，根据两个光通信终端的相对位置和姿态获得相互瞄准的方向和偏离角度，两个终端相互瞄准，开始分区跳扫，当扫描终端接收到信标光时，停止扫描并调整姿态发射反馈信号光，另一个终端接收到反馈信号光后停止发送信标光，调整姿态后发送信号光，一次捕获完成，记录状态和时间；在上述过程中出现中断时记录为捕获失败，重复上述步骤1000次以上，然后对每次测试所记录的数据进行统计分析，获得被测两个终端的捕获概率、最大捕获时间和平均捕获时间。

Description

空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法
技术领域
空间光通信终端扫描捕获性能测试方法，涉及到空间光通信终端性能测试方法。
背景技术
空间光通信技术中，捕获主要用于两个通信终端间链路的建立以及中断时的恢复，要求在尽可能短的时间内完成。由于器件条件的限制，直接通过增大捕获信标光束宽和和探测器视阈无法补偿两个通信终端的姿态和位置预测偏差，需要进行扫描捕获以保证捕获概率和捕获时间要求。为了确保卫星光通信的成功，要求卫星发射之前对光通信终端的捕获性能进行检测。卫星光通信是近些年发展比较快的新技术，目前还没有有关扫描捕获性能测试方法的文献报道。
发明内容
为了实现在地面对卫星光通信终端的捕获率性能进行测试，本发明提供了一种空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法。
本发明的空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法的具体步骤为：
步骤一：在地面的实验场所固定放置两个被测光通信终端，第一光通信终端A和第二光通信终端B，分别测量两个通信终端的姿态和相对位置，然后执行步骤二；
步骤二：第一计算机和第二计算机分别根据步骤一获得的第一光通信终端A和第二光通信终端B的姿态和相对位置，获得第一光通信终端A和第二光通信终端B计算瞄准位置和偏离角度，然后分别确定第一光通信终端A和第二光通信终端B的实际瞄准位置，执行步骤三；
步骤三：第一计算机和第二计算机分别通过总线仿真卡控制第一光通信终端A和第二光通信终端B根据步骤二中获得的实际瞄准位置进行瞄准，然后同时执行步骤四和步骤五；
步骤四：第一光通信终端A开始分区跳扫，发送信标光，然后执行步骤六；
步骤五：第二光通信终端B开始进行多场扫描，所述第二光通信终端B的探测器检测捕获寻找第一光通信终端A发送的信标光，然后执行步骤六；
步骤六：第二光通信终端B判断是否收到第一光通信终端A发送的信标光？如果判断结果为是，则执行步骤七；如果判断结果为否，则执行步骤十；
步骤七：第二光通信终端B停止扫描，调整瞄准方向，向接收到信标光的方向发送反馈信号光，然后执行步骤八；
步骤八：第一光通信终端A判断是否收到第二光通信终端B发送的反馈信号光？如果判断结果为是，则执行步骤九；如果判断结果为否，则执行步骤十二；
步骤九：第一光通信终端A停止发射信标光，调整瞄准方向，启动信号光，然后执行步骤十二；
步骤十：判断扫描时间是否超过设定最大捕获时间？如果判断结果为是，则执行步骤十二；如果判断结果为否，则执行步骤十一；
步骤十一：第一光通信终端A调整扫描视阈，发送信标光，然后执行步骤五；
步骤十二：记录捕获状态和时间，此次测试结束，执行步骤十三；
步骤十三：判断测试次数是否达到预设次数n，如果达到预设次数n，则测试结束执行步骤十四；如果未达到预设次数n，返回步骤一进行下一次测试；
步骤十四：统计、分析所有测试数据，获得两个终端的捕获概率、最大捕获时间和平均捕获时间，测试结束。
步骤十三中所述的预设次数n为大于或等于1000的整数。
本发明实现了在地面对卫星的光通信终端的捕获性能进行测试。
附图说明
图1是本发明的方法流程图，其中将光通信终端简写成终端，图2是实现本发明的系统结构图。
实施方式
本实施方式的空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法的具体步骤为：
步骤一：在地面的实验场所固定放置两个被测光通信终端，第一光通信终端A和第二光通信终端B，分别测量两个通信终端的姿态和相对位置，然后执行步骤二；
步骤二：第一计算机和第二计算机分别根据步骤一获得的第一光通信终端A和第二光通信终端B的姿态和相对位置，获得第一光通信终端A和第二光通信终端B计算瞄准位置和偏离角度，然后分别确定第一光通信终端A和第二光通信终端B的实际瞄准位置，执行步骤三；
步骤三：第一计算机和第二计算机分别通过总线仿真卡控制第一光通信终端A和第二光通信终端B根据步骤二中获得的实际瞄准位置进行瞄准，然后同时执行步骤四和步骤五；
步骤四：第一光通信终端A开始分区跳扫，发送信标光，然后执行步骤六；
步骤五：第二光通信终端B开始进行多场扫描，所述第二光通信终端B的探测器检测捕获寻找第一光通信终端A发送的信标光，然后执行步骤六；
步骤六：第二光通信终端B判断是否收到第一光通信终端A发送的信标光？如果判断结果为是，则执行步骤七；如果判断结果为否，则执行步骤十；
步骤七：第二光通信终端B停止扫描，调整瞄准方向，向接收到信标光的方向发送反馈信号光，然后执行步骤八；
步骤八：第一光通信终端A判断是否收到第二光通信终端B发送的反馈信号光？如果判断结果为是，则执行步骤九；如果判断结果为否，则执行步骤十二；
步骤九：第一光通信终端A停止发射信标光，调整瞄准方向，启动信号光，然后执行步骤十二；
步骤十：判断扫描时间是否超过设定最大捕获时间？如果判断结果为是，则执行步骤十二；如果判断结果为否，则执行步骤十一；
步骤十一：第一光通信终端A调整扫描视阈，发送信标光，然后执行步骤五；
步骤十二：记录捕获状态和时间，此次测试结束，执行步骤十三；
步骤十三：判断测试次数是否达到预设次数n，如果达到预设次数n，则测试结束执行步骤十四；如果未达到预设次数n，返回步骤一进行下一次测试；
步骤十四：统计、分析所有测试数据，获得两个终端的捕获概率、最大捕获时间和平均捕获时间，测试结束。
步骤二中所述的两台计算机分别根据步骤一获得的两个通信终端的相对位置和姿态，获得第一光通信终端A和第二光通信终端B计算瞄准位置，所述计算瞄准位置是在实际工作中第一光通信终端A和第二光通信终端B的给定瞄准方向，但由于实际卫星在空中进行相互瞄准的时候，由于瞄准误差、轨道误差、姿控误差、热形变误差、装配校正误差等因素的影响，会与实际给定的瞄准方向产生一个偏离角度，所述偏离角度是可以预测变化范围但不能消除的误差或缓变的随机误差，对捕获影响较大。假设这些误差独立且同分布，则根据中心极限定理，偏离角度在俯仰和方位角度方向的分量独立且符合标准正态分布，以不同的种子分别产生偏离角度在俯仰和方位角方向的分量，并保证这两个分量的值相互独立且符合正态分布，形成数据库。为了在地面模拟空中的这种情况，在本方案中根据被测卫星的光通信终端的链路应用背景，由计算机得出偏离角度的幅值变化范围，对应前面的数据库，得到每次实验中两个光通信终端所需的偏离角度。
在步骤十二中，所述的捕获状态包括：捕获失败和捕获成功两种状态，当捕获状态为捕获失败的时候，不记录捕获时间信息。
在每次测试中，根据捕获预置位置的不确定角的分布情况，采用MoneCarlo法进行偏离角度分配。
步骤十三中所述的预设次数n为大于或等于1000的整数。
参见图2，用于实现本方法的装置由两套系统组成，每套系统中均包括卫星的光通信终端、总线仿真卡和计算机，每套系统中的光通信终端通过总线仿真卡与计算机连接，两套系统中的计算机时钟保持同步。其中所述计算机选用主频1GHz以上的工控机，所述总线仿真卡选用与卫星平台的通信总线格式相匹配的1553B总线控制卡。
在步骤二中，计算机根据步骤一获得的两个通信终端的相对位置和姿态，确定第一光通信终端A和第二光通信终端B瞄准的理论位置(Az0，El0)和偏离角度，进而分别得到第一光通信终端A和第二光通信终端B实际瞄准的位置分别为(Az1，El1)和(Az2，El2)；然后执行步骤三；
所述偏离角度是根据不同卫星轨道和姿态精度计算出的捕获预置不确定角范围内，并符合不确定角的统计分布。
本发明结合具体的卫星轨道和姿态情况，通过统计的方法检测光通信终端捕获概率、捕获时间等技术指标。对于影响捕获的关键参数——捕获不确定角度，该方法可以较真实的模拟。同时，经过统计分配多次测量，模拟了捕获中的概率特性。因此，采用该方法可以在地面对卫星光通信终端的捕获性能进行测试。

Claims (4)

1、空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法，其特征在于它的具体步骤为：
步骤一：在地面的实验场所固定放置两个被测光通信终端，第一光通信终端(A)和第二光通信终端(B)，分别测量两个通信终端的姿态和相对位置，然后执行步骤二；
步骤二：第一计算机和第二计算机分别根据步骤一获得的第一光通信终端(A)和第二光通信终端(B)的姿态和相对位置，获得第一光通信终端(A)和第二光通信终端(B)计算瞄准位置和偏离角度，然后分别确定第一光通信终端(A)和第二光通信终端(B)的实际瞄准位置，执行步骤三；
步骤三：第一计算机和第二计算机分别通过总线仿真卡控制第一光通信终端A和第二光通信终端(B)依照步骤二中获得的实际瞄准位置进行瞄准，然后同时执行步骤四和步骤五；
步骤四：第一光通信终端(A)开始分区跳扫，发送信标光，然后执行步骤六；
步骤五：第二光通信终端(B)开始进行多场扫描，所述第二光通信终端B的探测器检测捕获寻找第一光通信终端A发送的信标光，然后执行步骤六；
步骤六：第二光通信终端(B)判断是否收到第一光通信终端A发送的信标光？如果判断结果为是，则执行步骤七；如果判断结果为否，则执行步骤十；
步骤七：第二光通信终端(B)停止扫描，调整瞄准方向，向接收到信标光的方向发送反馈信号光，然后执行步骤八；
步骤八：第一光通信终端(A)判断是否收到第二光通信终端(B)发送的反馈信号光？如果判断结果为是，则执行步骤九；如果判断结果为否，则执行步骤十二；
步骤九：第一光通信终端(A)停止发射信标光，调整瞄准方向，启动信号光，然后执行步骤十二；
步骤十：判断扫描时间是否超过设定最大捕获时间？如果判断结果为是，则执行步骤十二；如果判断结果为否，则执行步骤十一；
步骤十一：第一光通信终端(A)调整扫描视阈，发送信标光，然后执行步骤五；
步骤十二：记录捕获状态和时间，此次测试结束，执行步骤十三；
步骤十三：判断测试次数是否达到预设次数n，如果达到预设次数n，则测试结束执行步骤十四；如果未达到预设次数n，返回步骤一进行下一次测试；
步骤十四：统计、分析所有测试数据，获得两个终端的捕获概率、最大捕获时间和平均捕获时间，测试结束；
在步骤十三中所述的预设次数n为大于或等于1000的整数。
2、根据权利要要求1所述的空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法，其特征在于，在步骤二中所述的偏离角度在根据不同卫星轨道和姿态精度计算出的捕获预置不确定角范围内，并符合不确定角的统计分布。
3、根据权利要要求1所述的空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法，其特征在于，在每次测试的步骤二中，根据捕获预置位置的不确定角的分布情况，采用Mone Carlo法进行偏离角度分配。
4、根据权利要要求1所述的空间光通信终端扫描捕获性能地面测试方法，其特征在于，在步骤十二中所述的捕获状态包括：捕获失败和捕获成功两种状态，当捕获状态为捕获失败的时候，不记录捕获时间信息。
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