[发明专利]一种星间激光通信系统前馈跟踪控制方法及系统

说明书

本发明提出了一种星间激光通信系统前馈跟踪控制方法及系统。该方法为：获取双星轨道信息，根据探测相机实时反馈信息获取光斑质心位置信息；若光斑质心在精跟踪窗内，则根据质心脱靶量计算精瞄机构跟踪量，若光斑质心在精跟踪窗外，则根据质心脱靶量计算粗瞄机构跟踪量；根据跟踪系统的响应控制带宽和卫星间相对运动速度，计算考虑系统时延下由卫星相对运动造成的跟踪误差，得到前馈跟踪补偿量；若前馈跟踪补偿量大于粗瞄机构控制精度，则将前馈补偿量与粗瞄机构跟踪量相加，若前馈跟踪补偿量小于粗瞄机构控制精度，则将前馈补偿量与精瞄机构跟踪量相加，得到跟踪角度控制量。本方法有效提升了跟踪控制精度，提高了激光星间链路稳态跟踪能力。

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种星间激光通信系统前馈跟踪控制方法及系统。

背景技术

在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、保密性好和终端轻小型化等优点，是未来空间网络的重要发展趋势之一。目前，中国、美国、欧洲等都相继开展了星间激光通信试验。其中，我国最早于2011年底开始在海洋2号卫星上开展卫星激光通信试验。此后，我国在实践十三号卫星和北斗系统上成功开展了卫星激光通信实验。2020年，航天科技集团八院和航天科工集团行云工程陆续进行了低轨卫星激光通信试验。由于星间激光通信距离远、卫星间相对运动速度大、信号光束散角小，因此，跟踪控制的精确度和频响特性直接影响激光星间链路的稳定度，这对星间激光通信系统跟踪技术提出了很高的要求。

传统跟踪方法仅根据相机反馈的光斑质心位置计算跟踪控制量，存在跟踪响应滞后，造成高速相对运动的星间激光通信链路稳态跟踪难度大，难以进行星间激光链路长时间稳定通信等问题，对空间激光网络系统高速组网产生不利影响。

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前馈跟踪控制方法及系统。

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前馈跟踪控制方法，包括以下步骤：

获取双星轨道信息，根据探测相机实时反馈信息获取光斑质心位置信息；

判断双星中各卫星的光斑质心是否在其各自的精跟踪窗内，若任一卫星的光斑质心在该卫星的精跟踪窗内，则根据质心脱靶量计算该卫星的精瞄机构跟踪量；若任一卫星的光斑质心在该卫星的精跟踪窗外，则根据质心脱靶量计算该卫星的粗瞄机构跟踪量；

根据跟踪系统的响应控制带宽和卫星间相对运动速度，计算考虑系统时延下由卫星相对运动造成的跟踪误差，得到双星各自的前馈跟踪补偿量；

判断双星各自的前馈跟踪补偿量与粗瞄机构控制精度的大小关系，若前馈跟踪补偿量大于粗瞄机构控制精度，则将该卫星的前馈补偿量与其对应的粗瞄机构跟踪量相加，得到该卫星的跟踪角度控制量，并根据该跟踪角度控制量控制粗瞄机构对该卫星进行闭环跟踪控制；若前馈跟踪补偿量小于粗瞄机构控制精度，则将前馈补偿量与其对应的精瞄机构跟踪量相加，得到跟踪角度控制量，并根据该跟踪角度控制量控制精瞄机构对该卫星进行闭环跟踪控制。

本方法有效提升了跟踪控制精度，提高了激光星间链路稳态跟踪能力。

该星间激光通信系统前馈跟踪控制方法的优选方案，所述粗瞄机构跟踪量计算公式为所述精瞄机构跟踪量计算公式为其中，θ_{Tracking_Az}，θ_{Tracking_El}分别为方位和俯仰角度跟踪量；x，y分别为光斑质心在相机内方位轴和俯仰轴的脱靶量；α_{coarse_x}，α_{coarse_y}为脱靶量与粗瞄机构跟踪量乘法系数；α_{refined_x}，α_{refined_y}为脱靶量与精瞄机构跟踪量乘法系数；β_{coarse_x}，β_{coarse_y}为脱靶量与粗瞄机构跟踪量加法系数；β_{refined_x}，β_{refined_y}为脱靶量与精瞄机构跟踪量加法系数。