[发明专利]一种基于束散角调整的低轨卫星跟瞄优化策略及系统

说明书

本发明公开了一种基于束散角调整的低轨卫星跟瞄优化策略及系统，该系统包括地面激光发射模块、大气估测模块、数据处理模块和星上模块；地面激光发射模块包括扫描的信标激光器和测试路的脉冲激光器，扫描的信标激光器连接到伺服系统，测试路脉冲激光器连接掺铒光纤放大器；大气估测模块包括大气探测器和计算机；星上终端包括星上探测器和计算机。当星上探测器能探测到信标光后，星上终端向地面发射端发射激光，构成完整信号光回路，确定此时卫星所在位置。本发明能够简单快捷地确定低轨卫星的位置，实现卫星的高效跟踪捕获。

技术领域

本发明属于激光通信领域，特别涉及了一种基于束散角调整的低轨卫星跟瞄优化策略及系统。

背景技术

卫星激光通信因具有数据率高、保密性好、功耗低、体积小、重量轻等优点，受到了世界很多国家的重视。卫星激光通信根据卫星轨道可分为静止轨道(GEO)、中轨道(MEO)和低轨道(LEO)卫星通信系统。低轨卫星通信系统的基本组成包括：卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等。在若干个轨道平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接入系统。

轨道通信卫星在距地球表面不同高度、但低于地球同步卫星轨道的空间中运行。由于卫星绕地球运转快于地球自转，地面站又只能在短距离范围内才能和卫星通信，因此在卫星绕地球一周内通信的时间很短，卫星的覆盖地区在地球表面上很快移动，当卫星离开地面站的接收范围时就无法进行通信，而克服低轨道卫星通信这一缺点的方法是增加在轨卫星数量。利用低轨卫星实现通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，低轨卫星通信系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。

卫星激光通信的核心技术是PAT技术，即瞄准、捕获和跟踪技术，而在ATP技术中，捕获又是建立和恢复通信链路的关键。传统的捕获技术使用一束信标光对目标卫星可能所在的位置进行逐点扫描，当目标卫星上的光天线接收到了扫描信号后对主动卫星进行定位，并发射应答光束至主动方，从而建立连接。扫描开始时被动方卫星使用大视场角覆盖主动方卫星所在的不确定区，主动方卫星则通过一束较窄的信标激光束对被动方卫星所在的不确定区进行扫描以获得对方位置信息。目前常见的扫描方式包括矩形扫描、螺旋扫描和矩形螺旋扫描。这给测试装置提出了很高的要求目前，我们国家正在进行有关激光星间链路的激光通信系统的研制工作，对研制完成以后的通信端机的跟瞄性能进行测试，无疑具有重要的实用价值。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供基于束散角调整的低轨卫星跟瞄优化策略及系统，通过根据不同的大气条件改变信标光束散角的方式提高低轨卫星的跟瞄效率。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于束散角调整的低轨卫星跟瞄优化策略，包括地面激光发射模块、大气估测模块、数据处理模块和星上模块；地面激光发射模块包括扫描的信标激光器和测试路的脉冲激光器，扫描的信标激光器连接到伺服系统，测试路脉冲激光器连接掺铒光纤放大器；大气估测模块包括大气探测器和计算机；星上终端包括星上探测器和计算机；地面激光发射端的信标光以一定的束散角按一定角速度扫描低轨卫星，由伺服系统控制信标光的扫描角度和方向；当星上探测器探测到信标光，即向地面发射端反馈信号；测试路的脉冲激光器发射脉冲光，通过背向散射法计算大气损耗后，由计算机处理，调整信标光束散角。本发明能够简单快捷地确定低轨卫星的位置，在星载探测器探测灵敏度不变的条件下，提高卫星捕获效率；

进一步地，所述大气探测器与星上探测器均为雪崩二极管。

进一步地，所述发射端需设置EDFA对信号进行放大，以保证背向散射光能被APD探测到。