专利名称：基于加速度计的复合式反馈控制振动补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星光通信技术领域。
背景技术：
卫星光通信终端以卫星平台为承载，卫星平台的振动将使终端天线指向产生偏差，导致终端发出的信号光偏离目标光通信终端(与之建立链路的地面终端或星上终端)。这种情况将使目标终端可接收到的信号光功率发生衰减，严重时将引起卫星激光通信链路的中断。因此对卫星平台振动提出有效的补偿方法，是卫星光通信技术研究中的关健问题之一。目前已有基于CCD探测器的复合式反馈控制的振动补偿系统，它以面阵CCD探测器为卫星平台振动探测元件，存在探测视域有限，采样率不高等缺点。
发明内容
为了避免由于卫星平台的振动而造成的终端天线指向误差，以及解决现有振动补偿系统探测视域有限的问题，本发明提供了一种基于加速度计的复合式反馈控制振动补偿系统。
本发明的补偿系统包括处于卫星平台上的光学天线和信号光发生器，所述补偿系统还包括精瞄镜、精瞄镜控制器、CCD探测器、成像透镜组、分光片、X轴加速度计、Y轴加速度计和Z轴加速度计，X轴加速度计、Y轴加速度计和Z轴加速度计分别固定在卫星平台的三个空间轴上并用于测量卫星平台沿三个空间轴向的加速度变化，X轴加速度计、Y轴加速度计和Z轴加速度计的数据输出端分别连接精瞄镜控制器的三个数据输入端；精瞄镜由全反射镜和运动执行机构构成，运动执行机构用于控制全反射镜偏转，信号光发生器输出的信号光通过精瞄镜的全反射镜改变光路后入射到分光片的光输入端，所述信号光发生器输出的一部分信号光经分光片反射后入射到光学天线的次镜的光输入端，并且此信号光通过光学天线的主镜扩束后发射到目标终端，所述信号光发生器输出的另一部分信号光经分光片透射后输入到成像透镜组的光输入端，在成像透镜组的光输出端获得聚焦光束并在CCD探测器上成像，CCD探测器的输出端连接精瞄镜控制器的图像信号输入端。
工作原理当卫星光通信终端根据预测方向向目标终端发射的信号光时，由于卫星平台的振动会使信号光的发射方向发生改变，从而偏离预测的方向，则需要对卫星平台的振动进行补偿。本发明的补偿系统先利用三个加速度计来测量卫星平台的三个空间轴向移动情况从而获得卫星平台的振动幅度和方向，然后再利用精瞄镜的偏转来控制信号光的发射方向，使得精瞄镜的偏转与卫星平台的振动相抵消，使得信号光的发射方向与预测方向相一致。本发明还利用CCD探测器为精瞄镜的偏转提供反馈信息，保证精瞄镜能够准确定位。安装于卫星平台的加速度计通过探测平台振动加速度的改变，计算平台相对于光通信终端发射光轴方位方向的转角θh、与俯仰轴方向的转角θv。设终端光学天线放大倍率为ρ，则精瞄镜驱动器将以θh、θv为输入指令，控制精瞄镜在方位轴方向旋转ρ·θh，俯仰轴方向旋转ρ·θv，使终端输出信号光仍沿预测方向出射，抵消平台振动影响。CCD探测器探测精瞄镜旋转角度是否达到控制指令要求，计算与ρ·θh、ρ·θv的差值，并将差值输入精瞄镜控制器，对精瞄镜进行反馈闭环控制，提高精瞄镜转角控制精度。
发明效果本发明以加速度计作为振动探测元件，使得本发明的补偿系统采样率高、精度高、体积小、功耗低、便于星载，而且采用机械测振的方法，不存在视域受限的问题。本发明的补偿系统对卫星平台的振动进行了实时探测，且可以有效的补偿50％以上的卫星平台振动所产生的影响。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，本具体实施方式
的补偿系统由处于卫星平台上的光学天线1、信号光发生器4、精瞄镜2、精瞄镜控制器5、CCD探测器7、成像透镜组8、分光片6、X轴加速度计3-1、Y轴加速度计3-2和Z轴加速度计3-3组成，X轴加速度计3-1、Y轴加速度计3-2和Z轴加速度计3-3分别固定在卫星平台的三个空间轴上并用于测量卫星平台沿三个空间轴向的加速度变化，X轴加速度计3-1、Y轴加速度计3-2和Z轴加速度计3-3的数据输出端分别连接精瞄镜控制器5的三个数据输入端；精瞄镜2由全反射镜2-1和运动执行机构2-2构成，运动执行机构2-2用于控制全反射镜2-1偏转，信号光发生器4输出的信号光通过精瞄镜2的全反射镜2-1改变光路后入射到分光片6的光输入端，所述信号光发生器4输出的一部分信号光经分光片6反射后入射到光学天线1的次镜1-1的光输入端，并且此信号光通过光学天线1的主镜1-2扩束后发射到目标终端，所述信号光发生器4输出的另一部分信号光经分光片6透射后输入到成像透镜组8的光输入端，在成像透镜组8的光输出端获得聚焦光束并在CCD探测器7上成像，CCD探测器7的输出端连接精瞄镜控制器5的图像信号输入端。
所述光学天线1选用口径为100mm、放大倍率为20倍的卡塞格伦式望远镜为终端光学天线。所述CCD探测器7选用台湾敏通公司生产的MTV-1801面阵式CCD摄像机，其主要参数为光谱响应范围为400nm～1100nm、像元数为795(H)×596(V)、像元尺寸为10μrad、行频为15625Hz、场频为50Hz、分辨率为600TVL(线)、探测灵敏度为0.021x(勒克斯)、信噪比大于为46dB、工作温度-10℃～50℃、电源为DC12V(2W)。所述CCD探测器7的像元间距决定了卫星平台角振动探测精度，像元素决定了其探测角振动幅度范围，频谱响应范围决定了振动补偿系统的应用频段，把握上述原则即可根据需要确定CCD探测器7的型号。所述成像透镜组8的焦距为50mm。所述信号光发生器4的中心波长为800nm，光束发散角为600μrad。所述X轴加速度计3-1、Y轴加速度计3-2和Z轴加速度计3-3都选用中电科技集团公司第二十六研究所研制的CX3-2A型线加速度计。
所述精瞄镜2和精瞄镜控制器5集成在一起，选用哈工大博实精密测控有限公司研制的MPT-2JRL001型压电偏转镜及其驱动器，此偏转镜的偏转范围为±250μrad，频率为1kHz，反射面直径为40mm，偏转精度为2μrad(根据位移传感器反馈数值推算)。此偏转镜的工作台体采用超硬铝LC4；平台底面上粘接K9玻璃基底反射镜，即全反射镜2-1；此反射镜背面固定有由两个相互垂直的柔性铰链机构形成的两条偏转轴，此两条偏转轴上分别固定有两块德国PI压电陶瓷(P841.20型)，当一块压电陶瓷输出位移时，将使反射镜产生一定的偏转，两个压电陶瓷所产生的偏转是相互独立的，通过计算压电陶瓷在各自位置上的位移即可换算为反射镜的偏转角。
权利要求
1.基于加速度计的复合式反馈控制振动补偿系统，所述补偿系统包括处于卫星平台上的光学天线(1)和信号光发生器(4)，其特征在于所述补偿系统还包括精瞄镜(2)、精瞄镜控制器(5)、CCD探测器(7)、成像透镜组(8)、分光片(6)、X轴加速度计(3-1)、Y轴加速度计(3-2)和Z轴加速度计(3-3)，X轴加速度计(3-1)、Y轴加速度计(3-2)和Z轴加速度计(3-3)分别固定在卫星平台的三个空间轴上并用于测量卫星平台沿三个空间轴向的加速度变化，X轴加速度计(3-1)、Y轴加速度计(3-2)和Z轴加速度计(3-3)的数据输出端分别连接精瞄镜控制器(5)的三个数据输入端；精瞄镜(2)由全反射镜(2-1)和运动执行机构(2-2)构成，运动执行机构(2-2)用于控制全反射镜(2-1)偏转，信号光发生器(4)输出的信号光通过精瞄镜(2)的全反射镜(2-1)改变光路后入射到分光片(6)的光输入端，所述信号光发生器(4)输出的一部分信号光经分光片(6)反射后入射到光学天线(1)的次镜(1-1)的光输入端，并且此信号光通过光学天线(1)的主镜(1-2)扩束后发射到目标终端，所述信号光发生器(4)输出的另一部分信号光经分光片(6)透射后输入到成像透镜组(8)的光输入端，在成像透镜组(8)的光输出端获得聚焦光束并在CCD探测器(7)上成像，CCD探测器(7)的输出端连接精瞄镜控制器(5)的图像信号输入端。
全文摘要
基于加速度计的复合式反馈控制振动补偿系统，它涉及卫星光通信技术领域，它避免了由于卫星平台的振动而造成的终端天线指向误差，且解决了现有振动补偿系统探测视域有限的问题。本发明的X轴加速度计(3－1)、Y轴加速度计(3－2)和Z轴加速度计(3－3)分别固定在卫星平台的三个空间轴上并用于测量卫星平台沿三个空间轴向的加速度变化；信号光发生器(4)输出的信号光一部分由光学天线(1)扩束并发射到目标终端，另一部分在CCD探测器(7)上成像，精瞄镜控制器(5)根据三个加速度计获得信息以及(7)获得的信息来控制精瞄镜(2)偏转，从而补偿了50％以上的卫星平台振动所产生的影响。本发明以加速度计作为振动探测元件，提高了采样率，且不存在视域受限的问题。
文档编号H04B10/118GK1845031SQ20061001000
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月30日 优先权日2006年4月30日
发明者谭立英, 马晶, 韩琦琦, 于思源 申请人:哈尔滨工业大学