CN104954069B - 一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，本发明采用捕获与跟踪机构对信号光束进行双端螺旋扫描，完成瞄准、捕获及跟踪全过程。卫星终端控制捕获与跟踪机构凝视对方卫星终端出现的不确定区域，完成初始指向，如果光斑出现于捕获视场，卫星终端从当前位置开始通过驱动捕跟机构分别实现800μrad、300μrad、100μrad圆域内的螺旋扫描，依据捕获探测器探测到的光斑位置信息，驱动捕获与跟踪机构完成光轴调整，直至信号光出现于跟踪探测器的有效视场内，进而转入精跟踪阶段，完成链路的建立并通信。本发明与信标光捕获方法比较，可以减小光学天线、捕跟机构和捕跟控制器的系统复杂性，减小终端整机的体积、重量和功耗。

Description

一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法
技术领域
本发明涉及一种卫星激光通信捕获方法，特别是一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，属于激光通信技术领域。
背景技术
空间激光通信是以激光束作为信息载体，在空间(包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间)进行数据传输的一种通信方式。与其他通信手段相比，空间激光通信技术具有信息容量大、传输速率高、信道隐蔽性好，保密、抗干扰能力强、电子对抗能力强、抗打击能力强、系统功耗低、体积小、重量轻、相对性价比高等一系列优点，它在多个方面克服了传统的射频和微波通信的不足，从性能和应用领域上都有新的提升和扩展，顺应了现代军事和商业通信技术发展的趋势和要求，被公认为是未来空间(卫星)通信最理想的方式之一。
在空间光通信系统中，由于光的长距离传输会产生很大的光能量损耗，所以接收到的光信号往往十分微弱，此外，背景光(太阳、月亮、星体等)也会产生很强的干扰，这样会大大增加光信号接收的难度，因此，在较远的距离和较强的背景干扰的情况下，如何捕获、对准和跟踪光束，成为光通信链路成功与否的关键。现有的基于卫星光通信系统是以地面发射的上行激光束作为信标，但是以上行激光束作为信标，不但需要采用大功率的激光器，而且易受到大气的影响和天气的制约，不能满足卫星光通信链路全天候运行的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，采用信号光捕获技术，即捕获、跟踪与通信均采用信号光，信号光捕跟策略相对于信标光可以省去信标光光源和光源控制模块，光学天线的中继光路中省去信标光光路，采用信号光策略的中继光路中的光学镜片和支撑结构可以更小，相干跟踪的调理电路简单化，杂散光减少以及设计简单，光学天线光学效率提高，光机装调简单，跟踪背景光干扰小，执行机构功耗小和粗精配合简单。本发明可以极大地减小光学天线、APT机构和捕跟控制器的系统复杂性，可以极大地减小终端整机的体积重量和功耗。
本发明的技术解决方案是：一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，步骤如下：
(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；
(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；
(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；
(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；
(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；
(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；
(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A4圆域内的螺旋扫描；
(8)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B4圆域内的螺旋扫描；
(9)重复上述步骤(1)～步骤(8)，使得LEO和GEO的捕获探测器上均探测到对方光斑且光斑位置稳定保持在双方捕获探测器中心，且跟踪探测器也探测到光斑，由跟踪转向通信。
所述步骤(2)中GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描，具体为：粗跟踪执行机构CPA进行视场角B1螺旋扫描，同时精跟踪执行机构FPA进行视场角C1螺旋扫描，所述视场角C1的取值范围为：1～2mrad。
所述视场角A1和B1的取值范围均为：4～6mrad。
所述视场角A2和B2的取值范围均为：700～800μrad。
所述视场角A3和B3的取值范围均为：200～400μrad。
所述视场角A4和B4的取值范围均为：50～150μrad。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用了信号光捕获与跟踪方法，可以省去终端中的信标光光源和光源控制模块，省去了光学天线中继光路中的信标光光路，减小了光学天线系统复杂性及终端体积、重量和功耗。
(2)本发明采用信号光捕获方法可以使中继光路中的光学镜片和支撑结构更小，相干跟踪的调理电路简单化，杂散光减少以及设计简单，光学天线光学效率提高，光机装调简单，跟踪背景光干扰小，执行机构功耗小和粗精配合简单。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
为了在瞄准、捕获和跟踪过程中抑制动态位置误差信号，激光终端的捕跟系统必须具备抑制频率高达数百赫兹振动的能力。这就要求捕跟系统能够适应不同卫星平台抖动和各种微振动。本发明采用信号光捕跟技术，即捕获、跟踪与通信均采用信号光，该方法选用粗指向执行机构CPA对精指向执行机构FPA卸载的执行方式完成瞄准、捕获和跟踪过程。
本发明是一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，具体按照以下步骤实施：(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；所述视场角A1的取值范围为：4～6mrad；优先范围为5mrad；
(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；所述视场角B1的取值范围为：4～6mrad；优先范围为5mrad；具体为：粗跟踪执行机构CPA进行视场角B1螺旋扫描，同时精跟踪执行机构FPA进行视场角C1螺旋扫描，所述视场角C1的取值范围为：1～2mrad；优先范围为1mrad；
(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；所述视场角A2的取值范围为：700～800μrad；优先范围为800μrad；
(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；所述视场角B2的取值范围为：700～800μrad；优先范围为800μrad；
(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；所述视场角A3的取值范围为：200～400μrad；优先范围为300μrad；
(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；所述视场角B3的取值范围为：200～400μrad；优先范围为300μrad；
(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A4圆域内的螺旋扫描；所述视场角A4的取值范围为：50～150μrad；优先范围为100μrad；
(8)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B4圆域内的螺旋扫描；所述视场角B4的取值范围为：50～150μrad；优先范围为100μrad；
(9)重复上述步骤(1)～步骤(8)，使得LEO和GEO的捕获探测器上均探测到对方光斑且光斑位置稳定保持在双方捕获探测器中心，且跟踪探测器也探测到光斑，由跟踪转向通信。
如果保持接收光能量为发射光能量的100倍，则信标光输出功率为信号光输出功率的10倍，即利用本发明中的方法，可以将输出功率降低为原来的1/10。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于步骤如下：
(1)低轨卫星，即LEO以视场角A1凝视高轨卫星，即GEO出现的区域，LEO开启信号光，信号光的方向为LEO光轴方向；
(2)GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描；
(3)LEO探测到GEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据LEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动LEO粗跟踪执行机构CPA调整LEO光学天线指向，使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，LEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为A2圆域内的螺旋扫描；
(4)GEO探测到LEO发射的用于扫描的未调制信号光后，根据GEO捕获探测器上的光斑位置，通过驱动GEO粗跟踪机构CPA调整GEO光学天线指向，使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，GEO从当前位置开始通过驱动捕获与跟踪机构实现半径为B2圆域内的螺旋扫描；
(5)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A3圆域内的螺旋扫描；
(6)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B3圆域内的螺旋扫描；
(7)LEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使LEO探测到的光斑中心与LEO捕获探测器中心重合后，通过驱动LEO捕获与跟踪机构实现半径为A4圆域内的螺旋扫描；
(8)GEO依据自身捕获探测器探测到的光斑位置信息使GEO探测到的光斑中心与GEO捕跟探测器中心重合后，通过驱动GEO捕获与跟踪机构实现半径为B4圆域内的螺旋扫描，其中，A4<A3<A2,B4<B3<B2；
(9)重复上述步骤(1)～步骤(8)，使得LEO和GEO的捕获探测器上均探测到对方光斑且光斑位置稳定保持在双方捕获探测器中心，且跟踪探测器也探测到光斑，由跟踪转向通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于：所述步骤(2)中GEO开启未调制信号光，以视场角B1在LEO出现的不确定区域内进行螺旋扫描，具体为：粗跟踪执行机构CPA进行视场角B1螺旋扫描，同时精跟踪执行机构FPA进行视场角C1螺旋扫描，所述视场角C1的取值范围为：1～2mrad。
3.根据权利要求1所述的一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于：所述视场角A1和B1的取值范围均为：4～6mrad。
4.根据权利要求1所述的一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于：所述半径A2和B2的取值范围均为：700～800μrad。
5.根据权利要求1所述的一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于：所述半径A3和B3的取值范围均为：200～400μrad。
6.根据权利要求1所述的一种基于信号光的卫星激光通信捕获方法，其特征在于：所述半径A4和B4的取值范围均为：50～150μrad。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111641457A (zh) * 2018-11-07 2020-09-08 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于激光通信的卫星系统

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9917645B2 (en) * 2016-05-25 2018-03-13 Google Llc Phase sensitive beam tracking
CN106375001B (zh) * 2016-09-29 2019-07-12 航天恒星科技有限公司 一种基于无信标光apt系统的捕获方法
CN109450521B (zh) * 2018-12-10 2020-06-12 北京邮电大学 星间接入方法及装置
CN109889263B (zh) * 2018-12-29 2021-04-13 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于信号光的捕获系统
CN111669224B (zh) * 2020-06-02 2021-09-07 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 星间激光通信瞄准偏差在轨测量及校正方法
CN111812683B (zh) * 2020-09-11 2020-12-15 四川九洲电器集团有限责任公司 一种低轨卫星实时跟踪方法、装置、设备及介质
CN111970058B (zh) * 2020-09-22 2023-07-07 长春理工大学 一种基于无信标的星间激光通信快速捕获方法
CN114142927B (zh) * 2021-12-01 2022-06-21 北京极光星通科技有限公司 一种光路可切换的无信标激光通信系统及方法
CN116684001B (zh) * 2023-07-28 2023-10-03 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于物理帧头的卫星激光通信频偏捕获与跟踪方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121981A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 National Institute Of Information & Communication Technology 光捕捉追尾装置
CN102095403A (zh) * 2010-12-29 2011-06-15 哈尔滨工业大学 基于变焦成像透镜组的变视域高精度信号光入射角度探测系统及信号光入射角度探测方法
CN102638301A (zh) * 2012-03-23 2012-08-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种空间光通信中光信号的调制和解调装置和方法
CN203761414U (zh) * 2014-04-17 2014-08-06 哈尔滨理工大学 一种基于偏振信标跟踪补偿的量子密钥分配装置
CN104270793A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 北京邮电大学 一种基于卫星协同传输的资源分配方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2304643A4 (en) * 2008-06-26 2012-03-14 Flir Systems EMITTER TRACKING SYSTEM

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121981A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 National Institute Of Information & Communication Technology 光捕捉追尾装置
CN102095403A (zh) * 2010-12-29 2011-06-15 哈尔滨工业大学 基于变焦成像透镜组的变视域高精度信号光入射角度探测系统及信号光入射角度探测方法
CN102638301A (zh) * 2012-03-23 2012-08-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种空间光通信中光信号的调制和解调装置和方法
CN203761414U (zh) * 2014-04-17 2014-08-06 哈尔滨理工大学 一种基于偏振信标跟踪补偿的量子密钥分配装置
CN104270793A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 北京邮电大学 一种基于卫星协同传输的资源分配方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大气激光通信中一种新的光束自动捕获方法;柯熙政，席晓莉，刘长城;《光通信技术》;20041031;第28卷(第10期);39-41 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111641457A (zh) * 2018-11-07 2020-09-08 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于激光通信的卫星系统

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