[发明专利]星间激光通信系统的高精度瞄准指向方法及系统

说明书

本发明提出了一种星间激光通信系统的高精度瞄准指向方法及系统。该方法为获取双星轨道信息，得到双星在近焦点坐标系下的位置向量，再将近焦点坐标系下的位置向量转换到赤道坐标系下，再将双星在赤道坐标系下的位置向量进行矢量相减，得出星间瞄准矢量；并将星间瞄准矢量由赤道坐标系转换到卫星轨道坐标系，计算得到卫星轨道瞄准角度，计算瞄准角度补偿量；将星间瞄准矢量从卫星轨道坐标系转换到卫星平台坐标系再转换到终端坐标系；计算星间初始瞄准角度，将星间初始瞄准角度与瞄准角度补偿量相加，得到星间瞄准指向角度。本方法有效提高了瞄准指向精度，提升了星间激光通信系统快速建链/复链效率。

技术领域

本发明涉及一种星间激光通信系统的高精度瞄准指向方法及系统，属于卫星激光通信终端瞄准、捕获、跟踪技术领域。

背景技术

星间激光通信系统具有通信速率高、通信容量大、抗干扰能力强、保密性好和终端小型化等优点，是未来空间网络的重要发展趋势之一。目前，中国、美国、欧洲都相继开展了星间激光通信试验。其中，我国最早于2012年开始在海洋2号卫星上开展卫星激光通信试验。2020年8月，美国Starlink完成了首次星间激光通信在轨试验，同年，我国航天科技集团八院802所也成功开展了低轨卫星激光通信试验。由于星间激光通信具有通信距离远，信号光束散角小等特征，这对星间激光通信系统瞄准指向技术提出了很高的要求。

传统星间瞄准方法存在瞄准指向精度低，瞄准角度误差产生的不确定域范围大，造成建链时间长、光斑捕跟难度大等问题，对星间激光通信系统快速建链/复链能力产生不利影响。为了适应当今卫星激光通信终端低功耗、轻小型的发展趋势和星间激光网络快速建链/复链的总体设计要求，更好地满足未来我国对低轨星座的大规模建设和组网需求，开展星间激光通信系统高精度瞄准指向技术的研究越发迫切。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种星间激光通信系统的高精度瞄准指向方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种星间激光通信系统的高精度瞄准指向方法，包括以下步骤：

通过星载GPS和GNSS获取双星轨道信息，对该轨道信息进行实时推算，得到双星在近焦点坐标系下的位置向量；

将双星在近焦点坐标系下的位置向量转换到赤道坐标系下，得到双星在赤道坐标系下的位置向量；

将双星在赤道坐标系下的位置向量进行矢量相减，得出双星各自的星间瞄准矢量；

将双星各自的星间瞄准矢量由赤道坐标系转换到卫星轨道坐标系，计算得到双星各自的卫星轨道瞄准角度；

计算由于卫星间相对运动导致的光传输时延和星载计算机信息处理时延产生的迟滞时间，并计算由此迟滞时间造成的卫星轨道瞄准角度偏差，获得双星各自的瞄准角度补偿量；

根据卫星平台测量的姿态信息，将双星各自的星间瞄准矢量从卫星轨道坐标系转换到卫星平台坐标系，然后再将双星各自的星间瞄准矢量从卫星平台坐标系转换到终端坐标系；

根据终端坐标系下的双星各自的星间瞄准矢量，计算双星各自的星间初始瞄准角度，将双星各自的星间初始瞄准角度与瞄准角度补偿量相加，得到双星各自的星间瞄准指向角度。

本方法综合考虑卫星轨道信息、卫星平台姿态测量信息、激光通信终端在卫星平台上的安装位置、卫星间相对运动导致的光传输时延和信息处理时延等因素，有效提高了瞄准指向精度，提升了星间激光通信系统快速建链/复链效率。

该高精度瞄准指向方法的优选方案：双星在指向时刻t时的卫星平均近点角其中，μ＝398601.2为引力常数，a为卫星的轨道半长轴，T卫星的过近地点时刻；

M(t)＝E(t)-esin(E(t))，E(t)为t时刻卫星的偏近点角，e为卫星的轨道偏心率；