[发明专利]激光链路通信测量复合系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可广泛应用于飞行器、深空探测与地面测控通信领域的激光通信与测距复合系统。

背景技术

随着现代卫星技术的快速发展，卫星需要传输的数据量也在迅猛增长，并且卫星朝着更远距离的深空方向发展，对其进行距离、角度测量面临着信号空间衰减大、传输时间长、传播环境复杂等一系列问题。测控通信系统是地面与飞行器进行信息交互的唯一手段，也是飞行器充分发挥其应用效能不可或缺的重要保障。传统的测控通信系统在频段上采用微波、射频频段，数据传输能力有限，单站测量精度较低，并且星上载荷设备受机、电、热资源约束，对星上载荷设备体积、功耗提出更高要求。群测控有如下特点:同时测控管理多颗卫星；测控站数量多、分布广、可能需要全球布站或数据中继卫星中继；对卫星的数据注入量较大而且比较频繁；同时接收多颗卫星数据量大,且要求数据处理及时；可能出现各卫星任务对测控资源争用,引起测控冲突等。传统的方法是采用多天线系统的方式,其缺点是:它们是简单的单地面测控站组合、设备量大、效率低、数据处理时间长,不具备单站测控多星的能力。为解决以上问题，各世界大国均以加大地面、星上天线口径、提高射频频段、采用多天线组阵为主，在光学方面探索主要以独立的光通信开展研究，在光频段融合测量与通信的研究鲜有报道，目前为提高数传速度与测量精度，测控通信系统国内外采用的主要方法如下：提高射频频段与增加天线口径方面，国外以美国为代表，经历了从S频段到X频段再到Ka频段的发展，美国70米口径深空站以X频段，34米口径天线为Ka频段，以提高数据传输速度与测量精度。但由于大口径微波天线易受到热变形与负载变形影响，且对天线加工及调整精度要求高，后期维护费用昂贵，使其在实际工程中应用面临较大难度，且由于射频频段的限制，其对天线口径的减小和系统功耗方面的优化能力有限。在采用天线组阵技术以提高测控通信速度、接收灵敏度及一定的测量精度方面已开展多年研究，其中美国计划在2020年左右建成由多达400个12米口径天线组成的大规模天线阵，最终实现240米的等效天线口径，可获得在X频段相当于当前70米口径天线约120倍的通信能力，但该方法是以提升天线数量，增加功耗及降低效费比为代价获得接收性能上的提升，且对信号发射方面提升作用有限。国内在测控通信方面主要以S、C、X频段为主，已应用成熟，但深空探测天线口径以35米、66米大口径为主，且天线组阵等技术刚起步，处于工程实践阶段。