一种星间激光通信终端指向地面标定方法与流程

本发明涉及空间激光通信领域，尤其涉及一种星间激光通信终端指向地面标定方法。

背景技术：

1、随着商业航天领域需求的不断增加，促使卫星激光通信终端技术逐渐从在轨试验验证向商业应用转变。以美国spacex公司的starlink星链为例，其计划发射约42000颗小卫星，大批量的卫星激光通信终端将会告别传统的定制方式，批量生产将会是未来卫星激光通信终端的主要生产方式。与此同时，其生产成本也随之降低，以进一步满足商业航天的成本需求。因此，随着商业航天对卫星激光通信终端需求的不断扩大，卫星激光通信终端的量产要求会越来越高。通常卫星激光通信终端由于束散角通常只有小几十微弧度量级，对光束的指向精度要求非常高，终端的光机系统属于物理实体系统，在生产装配过程中难免会引入误差，造成实际指向值与设计值之间的偏离。

2、为了消除误差保证指向的精确性，通常的做法是在高精度地检平台上逐点标定出射指向角与指向机构如快反镜之间的实际关系，建立映射矩阵，然后就可以拟合出指向范围内任意俯仰方位角与快反镜旋转角度之间的实际函数映射关系。

3、但这种方法为了保证映射精度，标定点通常很多，导致标定工期较长，工作量较大，非常不适应未来商业化应用对卫星激光通信终端可大规模量产的要求。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种星间激光通信终端指向地面标定方法，解决现有技术中卫星激光通信终端指向标定工作量大、速度慢的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种星间激光通信终端指向地面标定方法，包括：

3、步骤一，根据卫星激光通信终端的理论设计光路结构，建立指向俯仰方位角与快反镜旋转角之间的理论函数映射关系。

4、步骤二，随机选定一个理论指向俯仰方位角，根据所述理论函数映射关系，计算对应的快反镜旋转角。

5、步骤三，将激光通信终端的快反镜置零位，发出激光，经长焦物镜后进入光束分析仪，记录光束分析仪激光光斑位置坐标。

6、步骤四，根据步骤二所计算的快反镜旋转角，驱动快反镜旋转。

7、步骤五，记录光束分析仪上偏转后的光斑位置，并根据步骤三记录的零位光斑位置，计算得到实际指向俯仰方位角。

8、步骤六，比较理论指向俯仰方位角与实际指向俯仰方位角，若不相等，微调快反镜的零位设定值，返回步骤三。

9、步骤七，直到理论指向俯仰方位角与实际指向俯仰方位角相等，即标定完毕。

10、在一些实施例中，长焦物镜焦距和光束分析仪靶面满足以下关系式：h/2f＞tan(θ/2)，其中h为光束分析仪短边长度，f为长焦物镜焦距，θ为卫星激光通信终端指向标定角度范围。

11、在一些实施例中，在步骤二中，根据所述理论函数映射关系，理论指向俯仰方位角(α0,β0)对应的理论快反镜旋转角(δ0,γ0)。

12、在一些实施例中，在步骤三中，将卫星激光通信终端的快反镜置初始零位，调整整个卫星激光通信终端位置，使光斑处于光束记录仪中心位置附近，记录光束分析仪的激光光斑位置坐标(x0,y0)。

13、在一些实施例中，在步骤四中，驱动激光通信终端的快反镜旋转(δ0,γ0)后，此时激光光斑位置由(x0,y0)变化到(x1,y1)。

14、在一些实施例中，在步骤五中，记录偏转后位置(x1,y1)，并根据零位光斑位置(x0,y0)，根据下式求得在光束分析仪实际测得的卫星激光通信终端的实际指向方位俯仰角(a1,β1)：

15、α1＝arctan((x1-x0)/f)，

16、

17、其中f为长焦物镜的焦距。

18、在一些实施例中，在步骤六中，将实际指向方位俯仰角(α1，β1)与理论指向角(α0,β0)对比，如果不相等，则微调快反镜的零位设定值。

19、在一些实施例中，微调快反镜零位设定值后，零位光斑将改变到(x01,y01)，驱动卫星激光通信终端的快反镜旋转(δ0,γ0)后，此时激光光斑位置由(x01,y01)变化到(x11,y11)，则可计算出快反镜在新的零位设定值下实际测得的激光通信终端实际指向方位俯仰角(α11,β11)；

20、将求得的新的实际指向方位俯仰角(α11,β11)与理论指向俯仰方位角(α0,β0)对比，如果相比(α1,β1)误差减小，则说明微调快反镜零位方向正确，如果相比(α1,β1)误差增大，则说明微调快反镜零位方向错误，应反向微调；如此重复微调设置快反镜零位设定值，并对比新零位设定值下实际测得的指向方位俯仰角与理论指向俯仰方位角之间的收敛情况。

21、在一些实施例中，在步骤七中，直到第n次实际测得的指向角(α1n,β1n)＝(α0,β0)，则标定完毕，此时设置的快反镜零位值即为系统标定零位值。

22、有益效果：本发明公开一种星间激光通信终端指向地面标定方法，针对现有依靠逐点标定指向角与快反镜旋转角之间的对应关系，再拟合方程映射关系导致的标定工期较长、工作量大等问题。采用了先根据理论设计位置，求出激光通信终端在理论安装位置条件下指向角与快反镜旋转角之间的理论映射关系，再在建立的地检环境上进行标定。此种方法可以大大缩短标定工期及减小标定工作量，更有利于适应未来商业航天大规模量产的生产调试要求。

技术特征：

1.一种星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，长焦物镜焦距和光束分析仪靶面满足以下关系式：h/2f＞tan(θ/2)，其中h为光束分析仪短边长度，f为长焦物镜焦距，θ为卫星激光通信终端指向标定角度范围。

3.根据权利要求1所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤二中，根据所述理论函数映射关系，理论指向俯仰方位角(α0，β0)对应的理论快反镜旋转角(δ0，γ0)。

4.根据权利要求3所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤三中，将卫星激光通信终端的快反镜置初始零位，调整整个卫星激光通信终端位置，使光斑处于光束记录仪中心位置附近，记录光束分析仪的激光光斑位置坐标(x0，y0)。

5.根据权利要求4所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤四中，驱动激光通信终端的快反镜旋转(δ0，γ0)后，此时激光光斑位置由(x0，y0)变化到(x1，y1)。

6.根据权利要求5所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤五中，记录偏转后位置(x1，y1)，并根据零位光斑位置(x0，y0)，根据下式求得在光束分析仪实际测得的卫星激光通信终端的实际指向方位俯仰角(α1，β1)：

7.根据权利要求6所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤六中，将实际指向方位俯仰角(α1，β1)与理论指向角(α0，β0)对比，如果不相等，则微调快反镜的零位设定值。

8.根据权利要求7所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，微调快反镜零位设定值后，零位光斑将改变到(x01，y01)，驱动卫星激光通信终端的快反镜旋转(δ0，γ0)后，此时激光光斑位置由(x01，y01)变化到(x11，y11)，则可计算出快反镜在新的零位设定值下实际测得的激光通信终端实际指向方位俯仰角(α11，β11)；

9.根据权利要求8所述的星间激光通信终端指向地面标定方法，其特征在于，在步骤七中，直到第n次实际测得的指向角(α1n，β1n)＝(α0，β0)，则标定完毕，此时设置的快反镜零位值即为系统标定零位值。

技术总结
本发明公开了一种星间激光通信终端指向地面标定方法，针对现有依靠逐点标定指向角与快反镜旋转角之间的对应关系，再拟合方程映射关系导致的标定工期较长、工作量大等问题。采用了先根据理论设计位置，求出激光通信终端在理论安装位置条件下指向角与快反镜旋转角之间的理论映射关系，再在建立的地检环境上进行标定。此种方法可以大大缩短标定工期及减小标定工作量，更有利于适应未来商业航天大规模量产的生产调试要求。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：江苏屹信航天科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7