微小型卫星激光通信终端跟瞄机构的研究

摘要

随着空间技术的不断发展，利用小卫星平台搭建通信主干网络已成为发展热点。小卫星平台质量在500-1000公斤，要求其通信有效载荷质量小、功耗低。本文针对低轨小卫星平台星间激光通信链路应用背景，系统开展了APT子系统精密二维指向机构的研究。
　　本研究建立了低轨卫星轨道模型，对LEO-LEO通信链路的动态特性进行了仿真分析，得到了包括星间链路距离、链路方位角和链路俯仰角等参数随轨道周期的变化规律；分析了星上微振动对跟踪系统带宽设计的影响；给出了跟瞄机构主要设计指标的合理性判据。分析了典型空间二维指向机构结构形式的特点和应用场景；针对小卫星平台严苛的质量、尺寸限制，结合跟瞄机构功能要求，提出了基于透射式光学天线的天线前置潜望式跟瞄机构结构形式，采取了单探测器复合控制APT系统方案和三闭环粗跟踪伺服控制方案。根据工程需求对天线前置潜望式跟瞄机构进行了结构设计、关键器件选取和模态分析。针对地面试验样机伺服控制系统给出了硬件设计和LabVIEW上位机设计思路，推导了粗跟踪算法，建立控制系统数学模型并进行了仿真分析。对跟瞄机构瞄准性能进行了研究，分析了光、机、电领域的误差项，利用矩阵光学的方法建立了综合瞄准误差数学模型，并进行了仿真分析，计算结果表明跟瞄机构瞄准性能满足设计指标。