【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天激光通信，尤其涉及一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统与方法。
技术介绍
1、激光通信载荷(或激光通信卫星有效载荷)为卫星之间的激光通信载荷，具有频率高、传输速率快、通信容量大的优势，数据传输速率可以达到10gbps；还具有抗干扰能力强的优势，在恶劣的电磁波环境中仍能很好地发挥信息传输的性能，有利于大幅度提高通信系统的保密性能和抗干扰性能。
2、卫星发射入轨后，星间激光通信载荷用于通信信号的信号光和用于激光链路的捕获与跟踪的信标光的光束质量都会影响激光通信载荷的通信质量；光学天线变形误差，导致天线与星体基准之间的相对位置发生了变化，对跟踪和瞄准会产生一定影响；星间通信需要双向建链，且波束窄、距离长，收发同轴度、瞄准捕获跟踪同轴度下降可能会无法完成其功能；卫星平台姿态测量误差也会影响激光光学指向的精度，这些都会导致星间激光通信载荷无法正常完成星间建链。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统与方法，通过在轨标定消除激光通信载荷的误差，提高激光通信载荷的指向精度，降低激光通信误码率，保证星间链路的可靠和稳定。
2、第一方面，本专利技术提供了一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，所述激光通信载荷设备包括光源、发射光处理模块、接收光处理模块、光学天线、瞄准控制系统以及信号处理器；所述在轨标定系统包括瞄准镜、分束器、角锥棱镜以及平行光管；
3、所述光源用于产生激光束；所述发射光处理模
4、在光学天线视轴指向误差标定时，所述激光束经过发射光处理模块处理后进入瞄准镜，经过瞄准镜反射后进入分束器，经分束器反射得到的第一光束经过平行光管转换成平行光后由光学天线接收，并进入接收光处理模块；经分束器透射得到的第二光束经过角锥棱镜回转180°出射，再经过分束器的反射后进入接收光处理模块，所述信号处理器根据所述接收光处理模块处理得到的光束方向对光学天线的视轴指向误差进行标定。
5、进一步地，所述光源包括信号光光源和信标光光源，所述信号光光源和信标光光源均采用半导体激光器。
6、进一步地，所述发射光处理模块包括激光调制器、放大器和准直器。
7、进一步地，所述在轨标定系统还包括微观相机，所述微观相机用于拍摄光学天线安装结构表面粘贴的反光标记点图像，所述信号处理器还用于根据反光标记点图像计算天线安装结构坐标系与卫星本体坐标系之间的相对关系，根据所述相对关系消除光学天线相对卫星本体坐标系的误差。
8、进一步地，所述反光标记点与反光标记点之间的间距为30mm～250mm。
9、进一步地，所述在轨标定系统还包括与光学天线光轴同轴的定向相机，所述定向相机用于实时拍摄恒星图像，所述信号处理器用于对恒星图像进行恒星识别，根据恒星指向测量值及理论计算值实时解算天线安装结构坐标系的误差旋转矩阵，利用所述误差旋转矩阵对跟踪控制信号进行实时校正，消除卫星姿态测量对激光通信载荷指向精度的影响。
10、第二方面，本专利技术提供了一种用于激光通信载荷设备的在轨标定方法，所述激光通信载荷设备包括光源、发射光处理模块、接收光处理模块、光学天线、瞄准控制系统以及信号处理器；所述在轨标定方法包括发射光信号标定、接收光信号标定和光学天线视轴指向误差标定；
11、所述发射光信号标定的具体实现过程为：对所述光源产生的激光束进行整形和压缩，得到满足性能要求的发射光信号，实现发射光信号的标定；
12、所述接收光信号标定的具体实现过程为：对所述光学天线接收的光信号进行合成、检测和滤波，以消除光信号处理误差，实现接收光信号的标定；
13、所述光学天线视轴指向误差标定的具体实现过程为：
14、所述光源产生的激光束经过发射光处理模块处理后进入瞄准镜，经过瞄准镜反射后进入分束器；
15、经分束器反射得到的第一光束经过平行光管转换成平行光后由光学天线接收，并进入接收光处理模块；
16、经分束器透射得到的第二光束经过角锥棱镜回转180°出射，再经过分束器的反射后进入接收光处理模块；
17、所述信号处理器根据所述接收光处理模块处理得到的光束方向对光学天线的视轴指向误差进行标定。
18、进一步地，所述在轨标定方法还包括光学结构变形误差标定，其具体实现过程为：
19、获取光学天线安装结构表面粘贴的反光标记点图像；
20、根据反光标记点图像计算天线安装结构坐标系与卫星本体坐标系之间的相对关系；
21、根据所述相对关系消除光学天线相对卫星本体坐标系的误差。
22、进一步地，所述在轨标定方法包括卫星姿态测量误差标定，其具体实现过程为：
23、利用与光学天线光轴同轴的定向相机实时拍摄恒星图像；
24、对所述恒星图像进行恒星识别，根据恒星指向测量值及理论计算值实时解算天线安装结构坐标系的误差旋转矩阵；
25、利用所述误差旋转矩阵对跟踪控制信号进行实时校正，消除卫星姿态测量对激光通信载荷指向精度的影响。
26、第三方面，本专利技术提供了一种星间链路建立方法，所述建立方法包括以下步骤：
27、卫星综合电子计算机下发通信任务；
28、激光通信载荷设备进行自检，并采用如第二方面所述的在轨标定方法进行激光通信载荷设备的系统标定；
29、获取卫星姿态、星历和本地时间信息，以及获取光学天线安装结构表面粘贴的反光标记点图像；根据获取的信息进行拟合，得到所述激光通信载荷设备的光学天线指向角度；根据光学天线指向角度对光学天线视轴进行调转，使视轴指向目标所在的捕获不确定区域，进入扫描捕获阶段；
30、利用与光学天线光轴同轴的定向相机获取的恒星图像，根据恒星图像确定不确定区域的大小；基于不确定区域的大小，确定光学天线视轴的实时扫描轨迹；采用如第二方面所述的在轨标定方法进行光学天线视轴指向误差标定，按照一定的方式对不确定区域进行扫描，使视轴进入视场，进入跟踪阶段；
31、瞄准控制系统完成初步捕获，进行粗跟踪，不断控制并调整视轴指向，当跟踪精度达到精跟踪闭环要求时，进行精跟踪，建立稳定的星间链路。
32、本专利技术的有益效果是：
33、本专利技术提供的一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统与方法，通过在轨标定，可以消除激光通信载荷的误差，提高了激光通信载荷的指向精度，降低了激光通信误码率，保证了星间链路的可靠和稳定；同时提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述激光通信载荷设备包括光源、发射光处理模块、接收光处理模块、光学天线、瞄准控制系统以及信号处理器；所述在轨标定系统包括瞄准镜、分束器、角锥棱镜以及平行光管；
2.根据权利要求1所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述光源包括信号光光源和信标光光源，所述信号光光源和信标光光源均采用半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述发射光处理模块包括激光调制器、放大器和准直器。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，还包括微观相机，所述微观相机用于拍摄光学天线安装结构表面粘贴的反光标记点图像；
5.根据权利要求4所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述反光标记点与反光标记点之间的间距为30mm～250mm。
6.根据权利要求1所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，还包括与光学天线光轴同轴的定向相机，所述定向相机用于实时拍摄恒星图像
7.一种用于激光通信载荷设备的在轨标定方法，其特征在于，所述激光通信载荷设备包括光源、发射光处理模块、接收光处理模块、光学天线、瞄准控制系统以及信号处理器；所述在轨标定方法包括发射光信号标定、接收光信号标定和光学天线视轴指向误差标定；
8.根据权利要求7所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定方法，其特征在于，所述在轨标定方法还包括光学结构变形误差标定，其具体实现过程为：
9.根据权利要求7或8所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定方法，其特征在于，所述在轨标定方法包括卫星姿态测量误差标定，其具体实现过程为：
10.一种星间链路建立方法，其特征在于，所述建立方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述激光通信载荷设备包括光源、发射光处理模块、接收光处理模块、光学天线、瞄准控制系统以及信号处理器；所述在轨标定系统包括瞄准镜、分束器、角锥棱镜以及平行光管；
2.根据权利要求1所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述光源包括信号光光源和信标光光源，所述信号光光源和信标光光源均采用半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述发射光处理模块包括激光调制器、放大器和准直器。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，还包括微观相机，所述微观相机用于拍摄光学天线安装结构表面粘贴的反光标记点图像；
5.根据权利要求4所述的用于激光通信载荷设备的在轨标定系统，其特征在于，所述反光标记点与反光标记点之间的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李柏树，张涛，
申请(专利权)人：椭圆时空北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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