本發(fā)明涉及一種可廣泛應(yīng)用于飛行器、深空探測(cè)與地面測(cè)控通信領(lǐng)域的激光通信與測(cè)距復(fù)合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也在迅猛增長(zhǎng)，并且衛(wèi)星朝著更遠(yuǎn)距離的深空方向發(fā)展，對(duì)其進(jìn)行距離、角度測(cè)量面臨著信號(hào)空間衰減大、傳輸時(shí)間長(zhǎng)、傳播環(huán)境復(fù)雜等一系列問題。測(cè)控通信系統(tǒng)是地面與飛行器進(jìn)行信息交互的唯一手段，也是飛行器充分發(fā)揮其應(yīng)用效能不可或缺的重要保障。傳統(tǒng)的測(cè)控通信系統(tǒng)在頻段上采用微波、射頻頻段，數(shù)據(jù)傳輸能力有限，單站測(cè)量精度較低，并且星上載荷設(shè)備受機(jī)、電、熱資源約束，對(duì)星上載荷設(shè)備體積、功耗提出更高要求。群測(cè)控有如下特點(diǎn):同時(shí)測(cè)控管理多顆衛(wèi)星；測(cè)控站數(shù)量多、分布廣、可能需要全球布站或數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星中繼；對(duì)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)注入量較大而且比較頻繁；同時(shí)接收多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)量大,且要求數(shù)據(jù)處理及時(shí)；可能出現(xiàn)各衛(wèi)星任務(wù)對(duì)測(cè)控資源爭(zhēng)用,引起測(cè)控沖突等。傳統(tǒng)的方法是采用多天線系統(tǒng)的方式,其缺點(diǎn)是:它們是簡(jiǎn)單的單地面測(cè)控站組合、設(shè)備量大、效率低、數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng),不具備單站測(cè)控多星的能力。為解決以上問題，各世界大國(guó)均以加大地面、星上天線口徑、提高射頻頻段、采用多天線組陣為主，在光學(xué)方面探索主要以獨(dú)立的光通信開展研究，在光頻段融合測(cè)量與通信的研究鮮有報(bào)道，目前為提高數(shù)傳速度與測(cè)量精度，測(cè)控通信系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外采用的主要方法如下：提高射頻頻段與增加天線口徑方面，國(guó)外以美國(guó)為代表，經(jīng)歷了從S頻段到X頻段再到Ka頻段的發(fā)展，美國(guó)70米口徑深空站以X頻段，34米口徑天線為Ka頻段，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度與測(cè)量精度。但由于大口徑微波天線易受到熱變形與負(fù)載變形影響，且對(duì)天線加工及調(diào)整精度要求高，后期維護(hù)費(fèi)用昂貴，使其在實(shí)際工程中應(yīng)用面臨較大難度，且由于射頻頻段的限制，其對(duì)天線口徑的減小和系統(tǒng)功耗方面的優(yōu)化能力有限。在采用天線組陣技術(shù)以提高測(cè)控通信速度、接收靈敏度及一定的測(cè)量精度方面已開展多年研究，其中美國(guó)計(jì)劃在2020年左右建成由多達(dá)400個(gè)12米口徑天線組成的大規(guī)模天線陣，最終實(shí)現(xiàn)240米的等效天線口徑，可獲得在X頻段相當(dāng)于當(dāng)前70米口徑天線約120倍的通信能力，但該方法是以提升天線數(shù)量，增加功耗及降低效費(fèi)比為代價(jià)獲得接收性能上的提升，且對(duì)信號(hào)發(fā)射方面提升作用有限。國(guó)內(nèi)在測(cè)控通信方面主要以S、C、X頻段為主，已應(yīng)用成熟，但深空探測(cè)天線口徑以35米、66米大口徑為主，且天線組陣等技術(shù)剛起步，處于工程實(shí)踐階段。

深空探測(cè)是測(cè)控領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。要想探測(cè)更遠(yuǎn)更深的距離,需要提高系統(tǒng)的S/N值。一個(gè)重要的途徑就是加大接收天線的面積,以增加天線接收到的能量,但目前加大天線口徑已趨于極限,這主要是因?yàn)閷⒖趶郊哟笾?0m時(shí),天線轉(zhuǎn)動(dòng)部分已重達(dá)幾千噸(據(jù)報(bào)道約3000噸重),會(huì)帶來一系列的技術(shù)問題,如天線座基的可靠性、風(fēng)負(fù)荷加大、熱力變形、天線反射面加工精度、天線測(cè)試技術(shù)、成本費(fèi)用、定期維護(hù)等。可見繼續(xù)加大天線口徑不再是今后的主要發(fā)展方向,因?yàn)榧词箤⑻炀€口徑由70m增加到接近100m,天線面積增加1倍，其帶來的天線增益也僅僅只有3dB,但在天線結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)和維護(hù)上卻帶來了巨大的困難。由于深空測(cè)控的通信距離非常遠(yuǎn),上百億公里以外深空探測(cè)器發(fā)回的信號(hào)已經(jīng)十分微弱,因此微弱信號(hào)的接收成為深空測(cè)控的主要技術(shù)難題之一。隨著星座系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展,衛(wèi)星數(shù)量增多,星群測(cè)控日益成為航天測(cè)控領(lǐng)域的一個(gè)突出問題。相對(duì)于比較成熟且廣泛應(yīng)用的射頻測(cè)控通信技術(shù)相比，激光技術(shù)可有望解決以上問題。深空激光通信是未來深空通信技術(shù)的重要發(fā)展方向,它在較為復(fù)雜的深空環(huán)境中工作,激光通信具備信號(hào)光束窄,傳輸距離長(zhǎng),傳輸數(shù)據(jù)量大、便于星載運(yùn)行等特點(diǎn),而成為深空探測(cè)的重要方法之一,但激光通信同時(shí)帶來了激光鏈路的建立與保持的難度,激光鏈路更加可靠的精確控制和保持技術(shù)。深空激光通信采用光學(xué)頻段作為載波，具有：①通信頻帶寬、信息容量更大，②光學(xué)增益大、激光束散角小，測(cè)量精度高③抗干擾、抗截獲能力強(qiáng)，④體積小、質(zhì)量輕、功耗低⑤維護(hù)經(jīng)費(fèi)較低等特點(diǎn)。在光學(xué)頻段，國(guó)際上以美國(guó)“月球激光通信演示系統(tǒng)(LLCD，The Lunar Laser Communications Demonstration)”為代表，實(shí)現(xiàn)了38萬公里月地間622Mbps下行傳輸速度與2厘米測(cè)距精度，其采用手段為光通信直接探測(cè)通信體制與多光學(xué)站定位結(jié)合，光學(xué)天線口徑為10厘米，但不具備同時(shí)測(cè)速功能，限制了其對(duì)定軌方面的應(yīng)用，面對(duì)實(shí)際深空任務(wù)能夠提供的信息有限。國(guó)內(nèi)方面，溫冠宇等人和楊紅宇等人對(duì)共口徑激光通信與測(cè)距一體化技術(shù)進(jìn)行了研究，在一副光學(xué)天線中實(shí)現(xiàn)通信與測(cè)距功能，但其工作模式分別為時(shí)分復(fù)用與波分復(fù)用方式，不能進(jìn)行同時(shí)通信與測(cè)距，且不具備在測(cè)速與測(cè)角功能，工作效率有限，同時(shí)采用波分復(fù)用的方式增加了系統(tǒng)復(fù)雜度與功耗。此外，在測(cè)距技術(shù)上，目前國(guó)內(nèi)外多采用脈沖式回波測(cè)距方法，其功率衰減與作用距離成四次方反比關(guān)系，作用距離及精度都受到限制，需采用更優(yōu)的方法提高作用距離。

由上可知，目前國(guó)內(nèi)外測(cè)控通信系統(tǒng)的局限性主要集中在以下幾個(gè)方面：1、以射頻頻段為主要手段，由于衛(wèi)星激光通信上行鏈路,對(duì)背景光、激光大氣傳輸衰減、接收器的接收效率和光強(qiáng)起伏等影響鏈路性能的因素，數(shù)據(jù)傳輸速度受限，單站測(cè)量精度較低，設(shè)備體積大、質(zhì)量重、功耗高；2、在射頻頻段上，為提高數(shù)傳速度與測(cè)量精度，采用天線組陣及多站定軌等資源疊加手段，費(fèi)效比不高，后期維護(hù)費(fèi)用高昂；3、基于激光技術(shù)的通信與測(cè)量方法無法在同一波長(zhǎng)上同時(shí)完成通信與測(cè)量功能，造成設(shè)備獨(dú)立，載荷無法進(jìn)行綜合化設(shè)計(jì)，體積較大等問題。4、在激光鏈路上不具備完整的集測(cè)速、測(cè)角、測(cè)距、通信為一體的功能。隨著無線通信電磁環(huán)境的復(fù)雜化和對(duì)通信系統(tǒng)性能要求的提升,傳統(tǒng)的單碼通信測(cè)距復(fù)合系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。通信測(cè)距復(fù)合系統(tǒng)是一種采用擴(kuò)頻理論與技術(shù),將偽碼擴(kuò)頻通信與偽碼測(cè)距結(jié)合為一體,共用一套收發(fā)設(shè)備,進(jìn)行擴(kuò)頻通信的同時(shí)可以完成測(cè)距(定位、導(dǎo)航)任務(wù)的無線通信系統(tǒng)。相比以往只能完成單一功能(或通信,或測(cè)距)的擴(kuò)頻系統(tǒng),通信測(cè)距復(fù)合系統(tǒng)可以極大地提高電磁頻譜利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量精度低，設(shè)備體積大、質(zhì)量重、功耗高的不足，本發(fā)明提供一種集成化程度與鏈路利用率高，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸容量和靈敏度與能量集中度，并能降低有效載荷重量、體積和功耗，基于激光鏈路的通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)。以解決現(xiàn)有航天器測(cè)控與通信設(shè)備以微波射頻波段為主，測(cè)量精度與通信速率較低、體積與功耗大，在激光鏈路上不具備完整的測(cè)速、測(cè)角、測(cè)距、通信功能等問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)，包括光學(xué)天線、二維轉(zhuǎn)臺(tái)、目鏡、快反鏡1、快反鏡2、分束鏡1、分束鏡2、分束鏡3、精跟瞄模塊、粗跟蹤模塊、自適應(yīng)光學(xué)模塊、通信與測(cè)量處理模塊和地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，其特征在于：光學(xué)天線將接收的遠(yuǎn)距離發(fā)出的攜帶調(diào)制信息、粗跟蹤信標(biāo)與精跟蹤信標(biāo)的綜合光信號(hào)，通過發(fā)射端二維轉(zhuǎn)臺(tái)窗口前端的目鏡送入快反鏡1，反射光通過分束鏡1將綜合光信號(hào)的粗跟蹤頻段的光束分束成兩路，一路經(jīng)過分束鏡1透射入分束鏡2將粗跟蹤頻段的光束透射入粗跟蹤模塊，粗跟蹤模塊提取目標(biāo)位置粗脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)二維轉(zhuǎn)臺(tái)施加控制電壓，控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)在俯仰與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)；另一路綜合光信號(hào)通過分束鏡1將目標(biāo)引入精跟蹤模塊視場(chǎng)范圍內(nèi)，將綜合光信號(hào)透射入精跟蹤模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)快反鏡1施加控制電壓，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將該光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息，粗跟蹤模塊和精跟蹤模塊將提取的目標(biāo)位置精脫靶量送入地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，完成目標(biāo)捕獲與瞄準(zhǔn)功能和建立通信鏈路。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。

本發(fā)明重點(diǎn)針對(duì)航天測(cè)控通信領(lǐng)域，利用激光鏈路，改變了傳統(tǒng)以微波射頻頻段為主構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與思路，設(shè)計(jì)出基于激光鏈路的通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為：

集成化程度與鏈路利用率高。本發(fā)明將綜合光信號(hào)透射入精跟蹤模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)快反鏡1施加控制電壓，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將該光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息；進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)射端發(fā)出攜帶測(cè)距信息的自定義幀格式信號(hào)，并以測(cè)距幀作為發(fā)送端本地計(jì)時(shí)觸發(fā)信號(hào)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，接收端接收并檢測(cè)到該測(cè)距幀后，再將該信息幀轉(zhuǎn)發(fā)至發(fā)送端，如此反復(fù)，以得到激光測(cè)距幀的飛行時(shí)間，從而利用公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/2解算出距離值，進(jìn)而通過計(jì)算公式得到飛行器速度信息。與同類系統(tǒng)相比，無需空間波分復(fù)用即可在相同載荷條件下，在同一波長(zhǎng)與光學(xué)天線上實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)速、測(cè)角、測(cè)距、通信一體的功能降低了有效載荷的重量、體積、功耗。

提高了數(shù)據(jù)傳輸容量。本發(fā)明以激光鏈路主要手段進(jìn)行通信，激光頻段工作頻率與微波頻段相比高3至4個(gè)數(shù)量級(jí)，具有頻率高、帶寬大、相干性強(qiáng)、單色性好等特點(diǎn)，并利用相位調(diào)制與零差相干解調(diào)通信體制，與非相干體制相比，可提升接收機(jī)靈敏度約20dB，從而大大提高了數(shù)據(jù)傳輸容量。

提高了系統(tǒng)靈敏度與能量集中度。本發(fā)明將綜合光信號(hào)透射入精跟蹤模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)快反鏡1施加控制電壓，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將該光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息，具有實(shí)時(shí)光學(xué)波前畸變校正功能，提高了通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)靈敏度與能量集中度。

降低了有效載荷重量、體積和功耗。本發(fā)明采用粗跟蹤模塊和精跟蹤模塊，將提取的目標(biāo)位置精脫靶量送入地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，完成目標(biāo)捕獲與瞄準(zhǔn)功能和建立通信鏈路利用激光鏈路，實(shí)現(xiàn)在同一波長(zhǎng)與光學(xué)天線上實(shí)現(xiàn)集測(cè)速、測(cè)角、測(cè)距、通信為一體的功能，減少了設(shè)備數(shù)量，同時(shí)具有通信速率高、測(cè)量精度高、高集成度、低功耗、高可靠、強(qiáng)擴(kuò)展性的特點(diǎn)。

本發(fā)明由1:1冗余備份的兩塊宇航級(jí)CPU+FPGA板卡組成的地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，負(fù)責(zé)飛行器或地面電子系統(tǒng)管理控制指令的接收、解譯，提供處理、接口互連與等資源，通過上層軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整星電子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、資源監(jiān)控、熱控管理等基本的管理控制等功能，并為外部遙測(cè)、遙控、任務(wù)調(diào)度、通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)重構(gòu)等功能提供支持。

附圖說明

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。

圖2為圖1的通信與測(cè)距時(shí)序示意圖。

圖3為激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，一種激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)，包括光學(xué)天線、二維轉(zhuǎn)臺(tái)、目鏡、快反鏡1、快反鏡2、分束鏡1、分束鏡2、分束鏡3、精跟瞄模塊、粗跟蹤模塊、自適應(yīng)光學(xué)模塊、通信與測(cè)量處理模塊和地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，其中，自適應(yīng)光學(xué)模塊、粗跟蹤模塊、精跟蹤瞄準(zhǔn)模塊、通信與測(cè)量處理模塊與地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊互連，由地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊對(duì)上述模塊的工作狀態(tài)與信息進(jìn)行控制和傳輸，光學(xué)天線將接收的遠(yuǎn)距離發(fā)出的攜帶調(diào)制信息、粗跟蹤信標(biāo)與精跟蹤信標(biāo)的綜合光信號(hào)，通過發(fā)射端二維轉(zhuǎn)臺(tái)窗口前端的目鏡送入快反鏡1，反射光通過分束鏡1將綜合光信號(hào)的粗跟蹤頻段的光束分束成兩路，一路經(jīng)過分束鏡1透射入分束鏡2將粗跟蹤頻段的光束透射入粗跟蹤模塊，粗跟蹤模塊提取目標(biāo)位置粗脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)二維轉(zhuǎn)臺(tái)施加控制電壓，控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)在俯仰與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)；另一路綜合光信號(hào)通過分束鏡1將目標(biāo)引入精跟蹤模塊視場(chǎng)范圍內(nèi)，將綜合光信號(hào)透射入精跟蹤模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)內(nèi)置控制算法對(duì)快反鏡1施加控制電壓，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將該光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息，粗跟蹤模塊和精跟蹤模塊將提取的目標(biāo)位置精脫靶量送入地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，完成目標(biāo)捕獲與瞄準(zhǔn)功能和建立通信鏈路；綜合光信號(hào)中的通信頻段光束經(jīng)過分束鏡2反射進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)模塊，先后經(jīng)變形鏡與快反鏡2反射后進(jìn)入分束鏡3，分束鏡3將攜帶通信頻段的信號(hào)光透射入波前傳感器，計(jì)算出光斑質(zhì)心，得到光斑斜率誤差，并將斜率誤差送入波前控制器計(jì)算出控制電壓量，并分別送入變形鏡與快反鏡2進(jìn)行閉環(huán)控制，通過波前控制器對(duì)光束整體傾斜與畸變進(jìn)行校正后，由分束鏡3透射的攜帶通信頻段的信號(hào)光進(jìn)入通信與測(cè)量模塊，經(jīng)解調(diào)后得到信息與測(cè)距數(shù)據(jù)，后續(xù)經(jīng)通信與測(cè)量處理模塊計(jì)算后得到飛行器速度信息，完成通信數(shù)據(jù)接收與測(cè)量過程，并將信息幀轉(zhuǎn)發(fā)至地面站接收端，地面站接收端通過測(cè)量信息幀中的特定字符寬度與特定字符數(shù)目N，獲取時(shí)間差t，并通過公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/2解算出距離信息R，其中c為光在介質(zhì)中的傳播速度，進(jìn)而在地面站接收端求出飛行器速度。

進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)射端發(fā)出攜帶測(cè)距信息的自定義幀格式信號(hào)，并以測(cè)距幀作為發(fā)送端本地計(jì)時(shí)觸發(fā)信號(hào)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，接收端接收并檢測(cè)到該測(cè)距幀后，再將該信息幀轉(zhuǎn)發(fā)至發(fā)送端，如此反復(fù)，得到激光測(cè)距幀的飛行時(shí)間，從而利用公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/2解算出距離值，進(jìn)而通過上述計(jì)算公式得到飛行器速度信息。由光學(xué)天線將綜合光信號(hào)發(fā)射至接收端的發(fā)射過程為接收過程的逆向過程。

所述的光學(xué)天線為U形架、L臂或潛望式結(jié)構(gòu)望遠(yuǎn)鏡，負(fù)責(zé)光束發(fā)射與接收；所述的分束鏡1對(duì)激光通信與粗跟蹤頻段的光束透射，對(duì)精跟蹤頻段光束反射；

所述的分束鏡2對(duì)粗跟蹤頻段的光束透射，對(duì)通信頻段光束反射；

所述的分束鏡3對(duì)通信頻段光束進(jìn)行1:1透射與反射；所述的粗跟蹤模塊包含窄帶濾光片、粗探測(cè)器、控制器，粗探測(cè)器為低幀頻CCD或COMS相機(jī)，對(duì)目標(biāo)位置粗脫靶量進(jìn)行探測(cè)，并根據(jù)控制算法，對(duì)二維轉(zhuǎn)臺(tái)施加控制電壓，控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)在俯仰與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將目標(biāo)引入精跟蹤模塊視場(chǎng)范圍內(nèi)；所述的精跟蹤瞄準(zhǔn)模塊包含窄帶濾光片、精探測(cè)器、控制器，精探測(cè)器為中幀頻CCD或COMS相機(jī)，精跟蹤瞄準(zhǔn)模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)控制算法，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息；自適應(yīng)光學(xué)模塊包含窄帶濾波片、波前探測(cè)器、波前控制器、變形鏡，對(duì)光束整體偏移與畸變實(shí)施閉環(huán)校正，波前探測(cè)器為高幀頻CCD或COMS相機(jī)，變形鏡為基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)或液晶結(jié)構(gòu)的空間光調(diào)制器；

所述的地面/衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊由1:1冗余備份的兩塊宇航級(jí)CPU+FPGA板卡組成，負(fù)責(zé)飛行器或地面電子系統(tǒng)管理控制指令的接收、解譯，提供處理、接口互連，通過上層軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整星電子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、資源監(jiān)控、熱控管理等基本的管理控制等功能，并為外部遙測(cè)、遙控、任務(wù)調(diào)度、系統(tǒng)重構(gòu)等功能提供支持。

激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)分為衛(wèi)星終端與地面終端，兩者進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，組成相同。在該實(shí)例中，上行激光通信波長(zhǎng)采用1550nm波長(zhǎng)的通信光，下行激光通信波長(zhǎng)采用1558nm波長(zhǎng)的通信光，粗跟蹤采用800nm的粗信標(biāo)光，精跟蹤采用532nm的精信標(biāo)光。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)為消色差的折返式望遠(yuǎn)鏡，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和后續(xù)鏡片組安裝在粗跟蹤二維轉(zhuǎn)臺(tái)上。通過地面站設(shè)備根據(jù)星歷表和相關(guān)軌道信息計(jì)算衛(wèi)星可能出現(xiàn)的區(qū)域，并捕獲不確定區(qū)域，隨后發(fā)送信標(biāo)光至被測(cè)量目標(biāo)，對(duì)不確定區(qū)域進(jìn)行掃描，捕獲衛(wèi)星，待粗跟蹤過程閉環(huán)后，進(jìn)入精視場(chǎng)范圍，精跟蹤功閉環(huán)，得到飛行器角度信息，此時(shí)建立激光通信鏈路，即可加載數(shù)據(jù)傳輸功能，通過定義信息幀格式的手段對(duì)飛行器進(jìn)行測(cè)距、測(cè)速。

在望遠(yuǎn)鏡光路上，攜帶調(diào)制信息的通信、粗跟蹤信標(biāo)與精跟蹤信標(biāo)的綜合光信號(hào)首先經(jīng)過快反鏡1反射，進(jìn)入分束鏡1，分束鏡1設(shè)計(jì)為對(duì)685-1600nm波長(zhǎng)光透射，對(duì)400-633nm波長(zhǎng)光反射率，透射率與反射率分別為85％與90％，即入激光通信與粗跟蹤頻段的光束經(jīng)過分束鏡1透射，進(jìn)入分束鏡2，分束鏡2設(shè)計(jì)為對(duì)420-900nm波長(zhǎng)光透射，對(duì)990-1600nm波長(zhǎng)光反射率，透射率與反射率分別為85％與90％，分束鏡2將粗跟蹤頻段的光束透射，進(jìn)入粗跟蹤模塊，粗跟蹤模塊提取目標(biāo)位置粗脫靶量，并根據(jù)控制算法，對(duì)二維轉(zhuǎn)臺(tái)施加控制電壓，控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)在俯仰與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將目標(biāo)引入精跟蹤模塊視場(chǎng)范圍內(nèi)，綜合光信號(hào)經(jīng)過分束鏡1的透射，進(jìn)入精跟蹤模塊，精跟蹤模塊提取目標(biāo)位置精脫靶量，并根據(jù)控制算法，對(duì)快反鏡1施加控制電壓，快反鏡1采用PZT壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，控制精度優(yōu)于1u rad，控制精視場(chǎng)光斑的整體偏移，并將光斑引入精跟蹤視場(chǎng)的中心，獲得目標(biāo)角度信息，并送入衛(wèi)星平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊，完成目標(biāo)捕獲與瞄準(zhǔn)功能，建立通信鏈路。綜合光信號(hào)中的通信頻段光束經(jīng)過分束鏡2反射，進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)模塊，先后經(jīng)變形鏡與快反鏡2反射后進(jìn)入分束鏡3，分束鏡3設(shè)計(jì)為透射率50％，反射率50％，即入射1550nm波長(zhǎng)光通信能量的50％透過該分束鏡透射入波前傳感器中窄帶濾光片，該窄帶濾光片中心波長(zhǎng)為1550nm，截止帶寬為10nm，波長(zhǎng)為1550nm的激光通信通信光可透過該濾光片，進(jìn)入波前傳感器中的幀頻為2000Hz，靶面大小為512像素×512像素的CCD相機(jī)，進(jìn)而計(jì)算出光斑質(zhì)心，得到光斑斜率誤差，并將斜率誤差送入波前控制器計(jì)算出控制電壓量，并分別送入變形鏡與快反鏡2進(jìn)行閉環(huán)控制，其中變形鏡驅(qū)動(dòng)單元數(shù)為3000，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為MEMS方式，對(duì)光束整體傾斜與畸變進(jìn)行校正后，剩余50％能量的通信光由分束鏡3反射的攜帶通信頻段的信號(hào)光進(jìn)入通信與測(cè)量處理模塊中窄帶濾光片，該窄帶濾光片中心波長(zhǎng)為1550nm，截止帶寬為10nm，波長(zhǎng)為1550nm的激光通信通信光可透過該濾光片進(jìn)入通信與測(cè)量處理模塊電路，經(jīng)解調(diào)后得到信息與測(cè)距數(shù)據(jù)，經(jīng)后續(xù)計(jì)算后得到飛行器速度信息，完成通信數(shù)據(jù)接收與測(cè)量過程，并將信息幀轉(zhuǎn)發(fā)至地面站，地面站通過測(cè)量信息幀中的特定字符寬度與特定字符數(shù)目N，獲取時(shí)間差t，并通過公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/22解算出距離信息R，其中c為光在介質(zhì)中的傳播速度，進(jìn)而在地面站求出飛行器速度。裝置的發(fā)射過程為接收過程的逆向過程，最終由光學(xué)天線將綜合光信號(hào)發(fā)射至接收端。

參閱圖2、圖3。進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)射端發(fā)出攜帶測(cè)距信息的自定義幀格式信號(hào)，并以測(cè)距幀作為發(fā)送端本地計(jì)時(shí)觸發(fā)信號(hào)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，接收端接收并檢測(cè)到該測(cè)距幀后，再將該信息幀轉(zhuǎn)發(fā)至發(fā)送端，如此反復(fù)，以得到激光測(cè)距幀的飛行時(shí)間，從而利用公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/2解算出距離值，進(jìn)而通過計(jì)算公式得到飛行器速度信息。

激光鏈路通信測(cè)量復(fù)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同時(shí)通信與測(cè)量功能的方法步驟如下：

步驟S1：地面站設(shè)備向飛行器發(fā)送遙控指令，飛行器平臺(tái)綜合電子管理與處理模塊接收并解析地面站發(fā)送的指令，判斷工作模式為接收或發(fā)射，使飛行器裝置處于待命狀態(tài)，若為接收模式，則跳轉(zhuǎn)至步驟S2，若為發(fā)射模式，則跳轉(zhuǎn)至步驟S5；

步驟S2：在接收模式下，地面站設(shè)備根據(jù)星歷表和相關(guān)軌道信息計(jì)算衛(wèi)星可能出現(xiàn)的區(qū)域，并捕獲不確定區(qū)域，隨后發(fā)送信標(biāo)光至飛行器，對(duì)不確定區(qū)域進(jìn)行掃描，捕獲飛行器；

步驟S3：待粗跟蹤過程閉環(huán)后，飛行器進(jìn)入精視場(chǎng)范圍，精跟蹤功能閉環(huán)，得到飛行器角度信息，此時(shí)建立激光通信鏈路；

步驟S4：綜合信號(hào)光依次經(jīng)過快反鏡、分束鏡、變形鏡進(jìn)入通信與測(cè)量處理模塊，通過定義信息幀格式提取時(shí)差t，利用公式R＝(c×t)/2＝(c×N×t)/2對(duì)飛行器進(jìn)行測(cè)距，并根據(jù)測(cè)距信息，通過計(jì)算公式對(duì)距離信息取微分，進(jìn)行后處理得到速度信息，完成數(shù)據(jù)接收與測(cè)量數(shù)據(jù)解算；

步驟S5：綜合信號(hào)光依次經(jīng)過變形鏡、分束鏡、快反鏡，進(jìn)入光學(xué)天線，發(fā)射至接收端，接收端通過定義信息幀格式的手段對(duì)飛行器進(jìn)行測(cè)距，并根據(jù)測(cè)距信息進(jìn)行后處理得到測(cè)速信息，完成數(shù)據(jù)接收與測(cè)量數(shù)據(jù)解算，結(jié)束發(fā)射模式的過程。