卫星振动对光通信系统捕获概率的影响研究

摘要

本文针对卫星平台振动对捕获概率的影响进行分析并展开研究。在超窄信标空间捕获背景下，允许采用超窄光学信标光的激光通信终端。根据目前已有的文献调研显示，卫星捕获扫描过程中，卫星平台振动是决定瞄准、捕获跟踪过程是否稳定的一个重要原因。然而过去研究的一般为低轨和高轨道卫星振动对捕获性能的影响，而对于小卫星捕获时振动环境恶劣，振动幅值大的情况并没有具体研究。本文则是在小卫星的振动环境下提出了一种针对小卫星扫描捕获时发生振动后的捕获概率公式，并对此公式进行了仿真分析验证其正确性，这是首次针对小卫星平台振动对捕获概率的影响进行建模和分析，具体工作如下所示。
　　首先介绍了卫星光通信的发展过程，并且调研了卫星平台振动国内外的研究现状。详细介绍了卫星空间捕获理论以及单场扫描捕获方案，并对目前已有的捕获概率推导公式做了分析研究。
　　其次在卫星随机振动环境下对捕获扫描建立理论模型。从卫星平台的特点出发，对卫星平台随机振动后的扫描捕获过程建立方位俯仰（θh,θv）坐标系。本文假定的随机振动在这两个角方向上的概率服从独立的高斯分布，此外，由于非常高的振动水平是不现实的，但是却因为使推导更完整而被提出来。不考虑接收部分，本文以获得捕获成功的标准是在给定时刻指向计数器终端的方向限定的强度水平，通过对比以往的卫星振动后的捕获概率本文所提出的对于小卫星振动后的捕获概率更加具体。
　　最后通过以上所推导的捕获概率与振动水平的关系在计算机环境下进行理论仿真分析。仿真曲线分别从接收端位置、光束束散角与扫描螺距比例出发从仿真后的曲线图可以得出扫描在不确定区域内随着振动水平的增大捕获概率会有不同的变化趋势但最后都趋于平衡。在第四章中对第三章的仿真曲线进行了蒙特卡洛仿真分析进一步证明了所推导的公式正确性。并通过公式推导得到了振动趋于零时的捕获概率趋于1。对于大幅度的振动水平时的捕获概率在第四章进行了重新的推导计算，并与第三章所推导的公式对比发现所估计的捕获概率是可信的。本论文相比与过去的振动后捕获概率的分析更加具体，为平台振动后的捕获概率分析设计了更有效的方案，在国内首次对小卫星扫描振动的影响进行建模分析。

目录

第1章 绪 论

1 .1 课题研究背景及意义

1 .2 卫星光通信国内外研究现状

1. 2. 1 美国

1. 2. 2 日本

1. 2. 3 欧洲

1. 2. 4 国内激光通信发展状况

1 .3 国内外卫星平台振动的研究现状

1.3.1 卫星平台振动来源及振动模式

1.3.2 振动对捕获性能影响现状分析

1 .4 论文主要研究内容

第2章 空间捕获理论分析

2 .1 空间捕获机理

2 .2 捕获理论模型

2. 2. 1 捕获模式

2. 2. 2 扫描捕获方案

2.2.3 捕获概率分析

2 .3 本章小结

第3章 平台振动对空间捕获概率的影响研究

3 .1 基于振动条件下捕获概率的研究

3 .2 基于振动条件下捕获概率的仿真验证

3. 2. 1 振动与捕获概率仿真分析

3 .3 本章小结

第4章 不同振动条件下的捕获概率仿真分析

4.1 平台振动下单场扫描Monte Carlo仿真分析

4.1.1 平台振动下单场扫描捕获Monte Carlo仿真流程

4.1.2 平台振动下单场扫描捕获Monte Carlo仿真结果

4 .2 振动水平接近与零时捕获概率的研究

4 .3 高幅值振动下捕获概率的研究

4 .4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢