CN110440913A - 一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法 - Google Patents

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白杨杨
李响
张家齐
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Abstract

本发明涉及一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，属于信息技术领域。本发明涉及一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特点是反射镜跟踪控制分为单镜跟踪和双镜联动模式；跟踪探测器同时具备能量探测和光斑位置提取能力，可判断是否出现双光斑；采用轨迹预测开环随动结合闭环跟踪的方法解决双反射镜联动时双光斑干扰无法控制反射镜问题，同时系统可完成单反射镜跟踪功能。采用本方法解决了两反射镜跟踪同一目标交接时探测器内出现双光斑，传统跟踪方法无法判定两个光斑与两个反射镜的对应关系无法跟踪的问题。使得星载一对多激光通信系统可控制多反射镜对目标进行跟踪。

Description

一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪 方法
技术领域
本发明涉及一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，属于信息技术领域。
背景技术
激光通信具有通信速率高、保密性好、抗干扰能力强等优点，已在军事应用中受到广泛重视，用以实现军事信息的抗干扰、快速、保密传输。随着空间信息网络的不断发展空间卫星群的不断应用，空间激光组网通信需求迫切，需要通信终端具备与多点同时激光通信能力。在采用多反射镜的一对多同时激光通信系统中，激光通信终端在一个光学天线上同时安装多个可独立工作的二维反射镜调整机构，多个反射镜方位方向上圆周排布，实现方位360°俯仰有限范围的通信能力。反射镜独立工作时方位角度有限，当目标在方位方向上运动范围较大时相邻两反射镜需配合完成目标交接，实现方位大范围跟踪。因此在相邻反射镜交接时跟踪探测器上将产生双光斑，由于两光斑特性完全相同，传统跟踪方法无法区分光斑与反射镜的对应关系，造成系统无法对反射镜进行跟踪控制。
本发明提出了一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特点是反射镜跟踪控制分为单镜跟踪和双镜联动模式，探测器同时具备光斑位置和光斑能量能力可判断是否出现双光斑，采用轨迹预测结合开环随动的方法解决双反射镜联动时双光斑干扰无法控制反射镜问题，同时系统可控制单反射镜跟踪。
发明内容
为了解决两面反射镜目标交接时产生双光斑无法正常跟踪的问题，实现单天线空间一对多同时激光通信，本发明提出了一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法。
一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其所需设备和实现步骤如下：
所需设备由A反射镜组件1、B反射镜组件2、C反射镜组件3、光学天线4和跟踪探测器5组成。A反射镜组件1、B反射镜组件2和C反射镜组件3按圆周均布在光学天线4上方并可分别独立在一定范围内做二维转动，A反射镜组件1、B反射镜组件2和C反射镜组件3方位工作范围大于120°，保证相互配合可实现360°的跟踪范围，并且相邻两组件间有一定角度重叠区，满足目标交接要求。当通信目标的激光照射到系统时A反射镜组件1、B反射镜组件2或C反射镜组件3通过转动改变反射镜方向调整目标激光光轴方向，光学天线4完成激光信号的接收。跟踪探测器5检测光斑位置得到光斑脱靶量并根据脱靶量计算目标激光光轴与光学天线4光轴间的角度，控制A反射镜组件1(或B反射镜组件2或C反射镜组件3)调整目标激光光轴方向，使其与光学天线4光轴偏差小于跟踪精度要求。跟踪探测器5可同时探测接收到激光光斑位置和光斑能量大小。
当通信目标在A反射镜组件1的工作范围内运动时系统工作在单反射镜模式，通信目标发射的激光经过A反射镜组件1反射，通过光学天线4接收后进入跟踪探测器5，跟踪探测器5检测光斑位置后控制A反射镜组件1转动，对目标进行跟踪。当通信目方位方向运动范围超出A反射镜组件1工作范围时，系统进入双镜联动模式，根据目标运动方向其相邻的B反射镜组件2(或C反射镜组件3)需与配合工作A反射镜组件1配合进行目标交接，交接后系统工作于单反射镜模式由B反射镜组件2(或C反射镜组件3)继续跟踪目标。
实现步骤：
步骤1、A反射镜组件1完成目标捕获后跟踪探测器5接收到反射的目标激光，跟踪探测器5测量光斑位置和光斑能量。此时系统工作于单反射镜模式，A反射镜组件1根据光斑位置进行转动对目标进行跟踪，控制光斑移动到跟踪探测器5的靶面中心满足跟踪精度要求。
步骤2、A反射镜组件1在对目标进行实时跟踪的同时，跟踪探测器5记录当前接收到的激光光斑能量并监控能量变化。同时A反射镜组件1根据自身反射镜转动情况记录目标运动信息，并对目标运动轨迹进行预测。
步骤3、随着目标方位方向位置变化，当A反射镜组件1方位方向转动到与B反射镜组件2的工作重叠区时，如A反射镜组件1判断目标会继续向B反射镜组件2方向运动，则B反射镜组件2转动并保证B反射镜组件2的反射镜与A反射镜组件1的反射镜镜面平行，准备交接跟踪目标。
步骤4、当目标进入A反射镜组件1与B反射镜组件2的重叠区时，此时跟踪探测器5靶面上出现分别由A反射镜组件1和B反射镜组件2反射的两个光斑，跟踪探测器5探测到的激光光斑能量增大并高于能量变化预设阈值后系统判断出双光斑情况，随即系统转入双镜联动模式。
步骤5、A反射镜组件1停止目标跟踪，并根据预判的目标运动趋势进行开环随动，维持A反射镜组件1反射的光斑在跟踪探测器5靶面中心。B反射镜组件2根据跟踪探测器5探测的光斑位置转动，控制由B反射镜组件2的反射镜反射的光斑快速向靶面中心移动。当光斑位置偏差小于交接脱靶量阈值时，B反射镜组件2转为开环随动模式并根据A反射镜组件1预判处的目标运动趋势转动，同时A反射镜组件1快速反转脱离当前工作区。此时只有B反射镜组件2对准目标，跟踪探测器5内只有B反射镜组件2的反射镜反射的光斑，跟踪探测器5探测到的激光光斑能量减小并低于能量变化预设阈值后，系统判断双光斑消失，B反射组件2转入单镜跟踪模式继续对目标进行跟踪。
步骤6、重复以上步骤可实现B反射镜组件2与C反射镜组件3、C反射镜组件3与A反射镜组件1间双反射镜联动时的双光斑判读与跟踪。
通过以上步骤，实现了卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪。
本发明提出了一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法其有益效果为：采用本方法解决了两反射镜跟踪目标交接时探测器内出现双光斑，传统跟踪方法无法判定两个光斑与两个反射镜的对应关系无法交接与跟踪的问题。
附图说明
图1为一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法所需设备组成图，其中：1为A反射镜组件、2为B反射镜组件，3为C反射镜组件、4为光学天线、5为跟踪探测器。该图也是说明书摘要附图。
具体实施方式
以某卫星间一对二同时激光通信为例，系统由三个反射镜组件构成，圆周均布于光学天线上。每个组件可实现方位±65°俯仰±8°的工作范围，相邻反射镜组件间方位方向上工作重叠角度为5°，跟踪精度要求为200μrad，判断是否出现双光斑的能量变化预设阈值设置为20％，交接脱靶量阈值为100μrad。
该系统组成和实现步骤如下：
步骤1、A反射镜组件1完成目标捕获后跟踪探测器5接收到反射的目标激光，跟踪探测器5测量光斑位置和光斑能量。此时系统工作于单反射镜模式，A反射镜组件1根据光斑位置进行转动对目标进行跟踪，控制光斑移动到跟踪探测器5的靶面中心保证光斑位置偏差小于200μrad。
步骤2、A反射镜组件1在对目标进行实时跟踪的同时，跟踪探测器5记录当前接收到的激光光斑能量并监控能量变化。同时A反射镜组件1根据自身反射镜转动情况记录目标运动信息，并对目标运动轨迹进行预测。
步骤3、随着目标方位方向位置变化，当A反射镜组件1方位方向转动到与B反射镜组件2的工作重叠区时，如A反射镜组件1判断目标会继续向B反射镜组件2方向运动，则B反射镜组件2转动并保证B反射镜组件2的反射镜与A反射镜组件1的反射镜镜面平行，准备交接跟踪目标。
步骤4、当目标进入A反射镜组件1与B反射镜组件2的重叠区时，跟踪探测器5探测到的激光光斑能量增大并高于能量变化预设阈值(20％)后，此时跟踪探测器5靶面上出现分别由A反射镜组件1和B反射镜组件2反射的两个光斑，系统判断出双光斑情况，随即系统转入双镜联动模式。
步骤5、A反射镜组件1停止目标跟踪，并根据预判的目标运动趋势进行开环随动，维持A反射镜组件1反射的光斑在跟踪探测器5靶面中心。B反射镜组件2根据跟踪探测器5探测的光斑位置转动，控制由B反射镜组件2的反射镜反射的光斑快速向靶面中心移动。当光斑位置偏差小于交接脱靶量阈值100μrad时，B反射镜组件2转为开环随动模式并根据A反射镜组件1预判处的目标运动趋势转动，同时A反射镜组件1快速反转脱离当前工作区。此时只有B反射镜组件2对准目标，跟踪探测器5内只有B反射镜组件2的反射镜反射的光斑，跟踪探测器5探测到的激光光斑能量减小并低于能量变化预设阈值后，系统判断双光斑消失，B反射组件2转入单镜跟踪模式继续对目标进行跟踪。
步骤6、重复以上步骤可实现B反射镜组件2与C反射镜组件3、C反射镜组件3与A反射镜组件1间双反射镜联动时的双光斑判读与跟踪。
通过以上步骤，实现了卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪。

Claims (4)

1.一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特征在于：分为单镜跟踪和双镜联动两种工作模式，可在跟踪探测器内出现双光斑的情况下同时控制两个二维反射镜组件实现目标的交接与跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特征在于：跟踪探测器5同时具备光斑位置判读和光斑能量检测功能，并可判断能量变化。
3.根据权利要求1所述的一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特征在于：反射镜组件可以根据转动情况对目标运动轨迹进行预判。
4.根据权利要求1所述的一种用于卫星间一对多同时激光通信的双光斑判读与跟踪方法，其特征在于：双镜联动时一个反射镜组件根据目标轨道预测开环随动另一反射镜组件闭环跟踪，解决双光斑干扰问题。
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