專利名稱：衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與激光通信有關(guān)，特別是一種模擬兩顆衛(wèi)星之間相對運動過程中的衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)將用在地面實驗室內(nèi)對衛(wèi)星間激光通信系統(tǒng)進行有關(guān)跟瞄參數(shù)測試性能驗證與評估等，也可為星間激光通信的研制提供一種分析實驗結(jié)果的新技術(shù)，從技術(shù)角度來看，該系統(tǒng)屬于大口徑、精密控制的光機電裝置。
背景技術(shù)：
星間激光通信技術(shù)(Inter-Orbit Satellite Laser Communications)是指利用激光束作為信息載體，實現(xiàn)兩個應用目標之間的一種通信方式，它的重點通信范圍包括低軌-低軌(LEO-LEO)、低軌-同步軌道(LEO-GEO)和同步軌道-同步軌道(GEO-GEO)，其應用空間目標包括同步軌道、中軌道、低軌道等衛(wèi)星或其它航空航天飛行器的光學終端等。這里所說的各種軌道是指低軌(500-1500公里，指離地球表面高度，下同)，中軌(3000-25000公里)和同步軌道(36000公里)等。它比起傳統(tǒng)的射頻(RF)衛(wèi)星通信技術(shù)具有諸多優(yōu)勢及巨大的發(fā)展?jié)摿?，這已是眾多專家學者的共識。由于軌道衛(wèi)星數(shù)目的急劇增加，加之RF通信技術(shù)的發(fā)射和接收角相對較大，易使各條軌道中衛(wèi)星通信發(fā)生串擾，因而每條軌道所能容納的衛(wèi)星數(shù)目也大為減少。星間激光通信系統(tǒng)以其擁有較窄的發(fā)射和接受角，較為精確的捕獲、跟蹤和瞄準(ATP)的功能很好地解決了這個問題。目前星間光通信系統(tǒng)是空間光通信技術(shù)重點發(fā)展的研究方向之一。
由于星間激光通信系統(tǒng)在飛行在軌測試之前，必須經(jīng)過一個在地面上模擬軌道運行環(huán)境下的參數(shù)測試和驗證階段，因此在地面實驗室內(nèi)，必須具備的一個重要的環(huán)節(jié)是創(chuàng)建一個能夠模擬衛(wèi)星運行軌跡的裝置。該裝置同衛(wèi)星微波通信系統(tǒng)中已有的裝置在功能上有所不同，原因在于光束的寬度較窄，在空間實現(xiàn)對準、跟蹤及通信等過程相對較難。因此，在目前無直接可利用產(chǎn)品的情況下，重點開展衛(wèi)星和光學軌跡模擬的新型裝置的研發(fā)工作，是非常重要的，也是非常必要的。它將用于模擬兩顆衛(wèi)星之間光通信中的跟蹤和瞄準過程。
在已有的實現(xiàn)衛(wèi)星軌跡模擬裝置的技術(shù)方案中，在先技術(shù)[1](參見G.Planche，et al.，SILEX final ground testing and in flightperformances assessment.Proc.SPIE Vol.3615，64-77)采用由電機直接拖動衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)運動的方案，即衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)將按已設(shè)計好的空間軌跡數(shù)據(jù)來模擬實際的空間運動，用于測試和驗證兩顆衛(wèi)星之間有關(guān)的跟瞄特征參數(shù)。該方法可以模擬衛(wèi)星的一維運動狀態(tài)，可以完成兩個衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)之間的捕獲及跟瞄等參數(shù)測試。由于該方案是直接由電機驅(qū)動光學通信系統(tǒng)運動，因此占地面積較大，機械精度要求很高，用它來模擬復雜的衛(wèi)星運行軌跡比較困難。
在先技術(shù)[2](參見Optical Guide 5，Chapter 10，page 12)和在先技術(shù)[3](參見祖繼峰等專利，申請?zhí)朜o.03129234.8，2003年6月)提到利用旋轉(zhuǎn)雙棱鏡裝置實現(xiàn)激光束在特定范圍內(nèi)的二維掃描。其基本原理是利用兩個電機分別帶動兩個棱鏡旋轉(zhuǎn)，當某一激光束沿棱鏡的旋轉(zhuǎn)方向入射后，經(jīng)過兩個棱鏡折射后激光束可以在一個特定的圓錐內(nèi)連續(xù)偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)角度等效于衛(wèi)星定位于空間上某一方向上的角度，利用這一原理就達到模擬一定的衛(wèi)星軌跡的目的。采用控制雙光楔旋轉(zhuǎn)的工作方式，來模擬衛(wèi)星光通信系統(tǒng)信標光束的掃描運動，從而代替兩個衛(wèi)星之間的相對運動。此方法的核心是維持兩個待測試的衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)不運動，而使衛(wèi)星光通信系統(tǒng)發(fā)出激光束，通過旋轉(zhuǎn)雙光楔產(chǎn)生產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，以光束的偏轉(zhuǎn)角度的變化來代表兩個待測試的衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)在空間中的運動。利用這種方法，由于光楔頂角取值不能過大，所以其掃描角度范圍有限，且其控制用算法相對復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述已有的技術(shù)困難，提供一種控制方式簡單、技術(shù)上可行的衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，從而可以解決在星間激光通信中兩衛(wèi)星之間的任意俯仰角和方位角的跟瞄和軌道模擬這一難題。
本發(fā)明的基本原理在模擬同步軌道衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星光學通信系統(tǒng)之間的跟瞄和通信過程中，由于兩顆衛(wèi)星沿其自身運動軌道上運行，使同步衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星之間的連線和同步衛(wèi)星與地心連線的夾角也在變化，這個夾角可以分解為同步衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星的俯仰角θ和方位角。衛(wèi)星軌道間的跟瞄及模擬過程實際上就等效于兩顆衛(wèi)星之間俯仰角θ(t)和方位角(t)的跟瞄和模擬過程，此處忽略兩衛(wèi)星之間的空間距離r(t)變化，因為星間激光通信中的距離效應對系統(tǒng)的影響可通過改變信標和通信用光束的功率模擬，故這一參數(shù)可以不予考慮。利用已知通信衛(wèi)星軌道的俯仰角θ(t)和方位角(t)經(jīng)過角度變換成地面某萬向轉(zhuǎn)臺的水平轉(zhuǎn)角β1(t)和垂直轉(zhuǎn)角β2(t)來模擬兩衛(wèi)星間的相對位置運動。
θ(t)、(t)與β1(t)、β2(t)關(guān)系可表示為cosθ(t)＝cosβ1(t)cosβ2(t) 由上兩式計算得到β1(θ，)和β2(θ，)的函數(shù)表達式。如果輸入一個指定時刻的方位數(shù)據(jù)對[θ(t)，(t)]，經(jīng)過上式計算就能得到一個對應的萬向轉(zhuǎn)臺的水平轉(zhuǎn)角和垂直轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對[β(t)1，β2(t)]。[β(t)1，β2(t)]的輸出結(jié)果就等效了在先技術(shù)[2]中旋轉(zhuǎn)雙光楔的作用，它可以模擬一顆衛(wèi)星對于另一顆衛(wèi)星的相對運動。固定于萬向轉(zhuǎn)臺上的被測激光通信終端將負責模擬對于這一相對運動的跟瞄，它將隨著萬向轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而調(diào)整他的姿態(tài)，即調(diào)整其水平軸和垂直軸的轉(zhuǎn)角[β′1(t)，β′2(t)]，使它始終跟蹤到來自由模擬光學終端出射的激光束。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，包括模擬光學終端、主控計算機、被測激光通信終端，其特征在于還有測控驅(qū)動系統(tǒng)，該測控驅(qū)動系統(tǒng)包括角度轉(zhuǎn)換電路，該角度轉(zhuǎn)換電路的輸入端接主控計算機，其輸出分兩路，一路經(jīng)垂直軸電機控制電路和放大驅(qū)動電路接垂直軸力矩電機，垂直軸角位移傳感器安裝在垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的垂直軸上，該垂直軸角位移傳感器的輸出接垂直軸電機控制電路；另一路經(jīng)水平軸電機控制電路和放大驅(qū)動電路接水平軸力矩電機，水平軸角位移傳感器安裝在水平軸萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的水平軸上，其輸出接水平軸電機控制電路；萬向轉(zhuǎn)臺，由帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通過其水平軸安裝在帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)之內(nèi)，萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的垂直軸端設(shè)有垂直軸力矩電機，水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的水平軸端設(shè)有水平軸力矩電機；所述的被測激光通信終端的垂直軸和水平軸的交點與萬向轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構(gòu)垂直軸和水平軸的交點相重合，而且模擬光學終端的發(fā)射/接受光軸穿過該交點；所述的主控計算機內(nèi)設(shè)有被模擬衛(wèi)星的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對的數(shù)據(jù)庫。
所述的模擬光學終端包括通信激光器模塊和信標激光器模塊。
所述的通信激光器模塊和信標激光器模塊是帶有準直的輸出波長為λ＝800～1550nm的半導體激光器。
所述的主控計算機還有將被測模擬衛(wèi)星的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對θ(t)、(t)轉(zhuǎn)換成萬向轉(zhuǎn)臺垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對β1(t)、β2(t)的軟件，而所述的測控驅(qū)動系統(tǒng)不再設(shè)置角度轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明與在先技術(shù)[1]，在先技術(shù)[2]、[3]的不同之處在于，本發(fā)明是直接通過驅(qū)動萬向轉(zhuǎn)臺高精度的轉(zhuǎn)動，以產(chǎn)生模擬衛(wèi)星軌道的等效俯仰角和方位角。其優(yōu)點在于，它能在俯仰角-60°＜θ＜60°和方位角0°＜＜360°的一個很大的范圍內(nèi)模擬不同軌道高度之間的衛(wèi)星間的激光通信過程，比在先技術(shù)[2]所能模擬等效模擬俯仰角-15°＜θ＜15°，方位角0°＜＜360°范圍大了許多，更能適合模擬實際衛(wèi)星軌道的任務(wù)，并且隨著輸入軌道數(shù)據(jù)的不同，可以靈活的模擬從高軌到中規(guī)以至低軌的一系列軌道。由此可見，本發(fā)明具有適用性廣、實用性強、結(jié)構(gòu)簡單、控制鏈和傳動鏈短、控制精度高、占地面積小等特點。


圖1為本發(fā)明衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和控制示意圖。
圖2為本發(fā)明衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)的萬向轉(zhuǎn)臺4的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式首先請參閱圖1和圖2，圖1為本發(fā)明衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)原理和控制示意圖。由圖可見，本發(fā)明衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，由五大部分組成1、模擬光學終端1模擬光學終端1中包括通信激光器11和信標激光器122、主控計算機2；3、測控驅(qū)動系統(tǒng)3，包括角度轉(zhuǎn)換電路31，垂直軸電機控制電路32和放大驅(qū)動電路33，垂直軸角位移傳感器34，水平軸電機控制電路35和放大驅(qū)動電路36，水平軸角位移傳感器37。
4、萬向轉(zhuǎn)臺4，包括垂直軸力矩電機41，水平軸力矩電機42，帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)43、帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)44，該帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)44通過其水平軸安裝在帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)43之內(nèi)。
5、被測激光通信終端5
上述各部分的功能如下一、模擬光學終端1模擬光學終端1的用途是發(fā)射達到星間激光通信要求的接近平面波的模擬遠場激光光束。通信激光器模塊11和信標激光器模塊12以特定的波長輸出光束。通信激光模塊11和信標激光模塊12可選用帶有準直的輸出波長為λ＝800～1550nm的半導體激光器(LD)，為使輸出功率達到星間激光通信功能要求，可使半導體激光器組成陣列經(jīng)過光纖耦合方式輸出。在模擬光學終端1中經(jīng)由發(fā)射透鏡的激光束的發(fā)射口徑為φ350mm。
二、主控計算機2主控計算機2協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的功能模擬過程，它主要負責控制模擬光學終端1中的通信激光器模塊11、信標激光模塊12按照星間激光通信的要求發(fā)射激光束。此外，它還必須向控制驅(qū)動系統(tǒng)3提供相對俯仰角和方位角等控制參數(shù)。一方面將衛(wèi)星間軌道參數(shù)，控制時間信息、軌道模擬范圍等模擬過程所必須的初始數(shù)據(jù)能夠輸入主控計算機的存儲器；另一方面，它也能通過其輸出界面向外界顯示衛(wèi)星軌道模擬仿真的結(jié)果，諸如模擬精度、實際模擬范圍以及其它一些軌道模擬和跟瞄的指標參數(shù)。
三、控制驅(qū)動系統(tǒng)3控制驅(qū)動系統(tǒng)3根據(jù)主控計算機2提供的的俯仰角θ(t)和方位角(t)的數(shù)據(jù)對經(jīng)角度變換電路31轉(zhuǎn)變成萬向轉(zhuǎn)臺4的垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對[β1(t)，β2(t)]，通過控制垂直軸控制電路32、垂直軸放大驅(qū)動電路33和水平軸控制電路35、水平軸放大驅(qū)動電路36產(chǎn)生相應的驅(qū)動萬向轉(zhuǎn)臺4的水平軸力矩電機42和垂直軸41的電壓信號，使他們按照等效于兩衛(wèi)星作相互運動時相應的垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角位置信息[β1(t)，β2(t)]進行二維空間轉(zhuǎn)動。另外，角位移傳感器34、37分別感測萬向轉(zhuǎn)臺4垂直軸和水平軸的實際角位移大小[β′1(t)，β′2(t)]，向控制電路輸出負反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。
四、萬向轉(zhuǎn)臺4
萬向轉(zhuǎn)臺4由垂直軸力矩電機41、水平軸力矩電機42、帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)43、帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)44組成。它是模擬兩衛(wèi)星間相對俯仰角和方位角的主要機構(gòu)。其機械結(jié)構(gòu)簡圖參見附圖2。
五、被測激光通信終端5被測激光通信終端5為一能夠二維轉(zhuǎn)動經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu)，該被測激光通信終端5負責模擬對兩個通信衛(wèi)星之間相對角度變化的跟瞄，它將隨著萬向轉(zhuǎn)臺4的轉(zhuǎn)動調(diào)整它的姿態(tài)，即調(diào)整其水平軸和垂直軸的轉(zhuǎn)角[β′1(t)，β′2(t)]，使它的光學口徑內(nèi)始終能夠接收到來自模擬光學終端出射的激光束，即能夠始終跟蹤因為萬向轉(zhuǎn)臺4的二維轉(zhuǎn)動所模擬的衛(wèi)星間軌道方位角的變化。
被測激光通信終端5不是本發(fā)明要求保護的對象，在此不詳細描述，但該被測激光通信終端5的垂直軸和水平軸的交點必須作到與萬向轉(zhuǎn)臺4的機械結(jié)構(gòu)垂直軸和水平軸的交點相重合，且模擬光學終端1的發(fā)射/接受光軸穿過該交點。
本發(fā)明衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，整個軌道模擬系統(tǒng)的各個部分通過主控計算機2組成一個精密的軌道模擬、跟瞄系統(tǒng)，它能在地面上完成星間激光通信中衛(wèi)星間的軌道模擬和跟瞄的過程。
本發(fā)明通過精密驅(qū)動垂直軸轉(zhuǎn)角β1(t)和水平軸轉(zhuǎn)角β2(t)的萬向轉(zhuǎn)臺帶動被測光學通信終端5來模擬高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星之間的俯仰角θ(t)及方位角(t)的變化。在該系統(tǒng)中，將已知的相對于高軌衛(wèi)星運動的低軌衛(wèi)星的詳細軌道數(shù)據(jù)—即隨時間變化的兩衛(wèi)星間俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對[θ(t)，(t)]，經(jīng)由角度轉(zhuǎn)換電路31處理后將低軌衛(wèi)星俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對[θ(t)，(t)]轉(zhuǎn)換為萬向轉(zhuǎn)臺4的垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對[β1(t)，β2(t)]，該數(shù)據(jù)對被送入垂直軸控制電路32和水平軸控制電路35，然后分別經(jīng)放大驅(qū)動電路33、36后產(chǎn)生垂直軸和水平軸力矩電機的驅(qū)動電壓，分別控制垂直軸力矩電機41和水平軸力矩電機42轉(zhuǎn)動，把角位移傳遞給二維旋轉(zhuǎn)的垂直框架結(jié)構(gòu)43和水平框架結(jié)構(gòu)44的轉(zhuǎn)軸。萬向轉(zhuǎn)臺4根據(jù)力矩電機的驅(qū)動作二維轉(zhuǎn)動，這個二維轉(zhuǎn)動的過程就等效于兩衛(wèi)星之間相對軌道運動，由此就達到了軌道模擬的目的。
本實施例是一種大口徑、高精度的衛(wèi)星軌跡光學模擬裝置，模擬光學終端發(fā)射、接收光學口徑φ350mm，被測光學終端通光口徑φ250mm，可以用于同步衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星之間跟瞄過程的參數(shù)測試。衛(wèi)星實際運動的軌道俯仰角θ(t)以及方位角(t)數(shù)據(jù)根據(jù)角度變換關(guān)系轉(zhuǎn)換為模擬裝置輸出的水平轉(zhuǎn)角β1(t)和垂直轉(zhuǎn)角β2(t)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明可以模擬的角度區(qū)域參數(shù)為滿足空間兩顆衛(wèi)星之間可視通信的俯仰角范圍為-60°＜θ(t)＜60°，方位角范圍為0°＜(t)＜360°(設(shè)以高軌衛(wèi)星與地心連線為對稱軸)。由于本發(fā)明對于萬向轉(zhuǎn)臺4的轉(zhuǎn)動角位移誤差要求較高，所以本裝置采用了在垂直軸和水平軸上附加光電碼盤角位移傳感器34、37實時采集兩個轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)角信息，然后向主控計算機2實時反饋實際的角位移數(shù)據(jù)對[β′1(t)，β′2(t)]，與此同時，[β′1(t)，β′2(t)]與由已知的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對[θ(t)，(t)]經(jīng)過角度轉(zhuǎn)換電路31變換后所得的萬向轉(zhuǎn)臺的垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對[β1(t)，β2(t)]進行差分運算，計算后得到的差值作為調(diào)整控制信號，繼續(xù)輸入控制電路32、35和放大驅(qū)動電路33、36作為驅(qū)動信號驅(qū)動力矩電機34、37作修正轉(zhuǎn)動，由此構(gòu)成閉環(huán)負反饋方式的控制系統(tǒng)。此裝置目標位置[β1(t)，β2(t)]的轉(zhuǎn)角誤差可以控制在毫弧度量級。
很顯然，本發(fā)明省去角度轉(zhuǎn)換電路31，由主控計算機2來完成角度轉(zhuǎn)換工作是完全可行的。
在本實施例中，初始設(shè)計參數(shù)要求該裝置能夠滿足模擬兩顆衛(wèi)星之間的俯仰角-60°＜θ＜60°，方位角0°＜＜360°范圍激光通信。模擬光學終端的光學出射口徑為φ350mm，被測激光通信終端的光學口徑為φ250mm，這樣使模擬光學終端得出射光線能夠完全覆蓋被測激光通信終端得光學口徑。萬向轉(zhuǎn)臺垂直軸和水平軸的交點與被測激光通信終端垂直軸和水平軸的交點要求重合，并且模擬光學終端的輸出光軸要穿過該點，以保證初始軸線對齊以及后續(xù)的輸出轉(zhuǎn)角為先前所定義的垂直軸涉水平軸轉(zhuǎn)角[β1(t)，β2(t)]。
萬向轉(zhuǎn)臺4的基本結(jié)構(gòu)采用優(yōu)質(zhì)鋁合金，其垂直軸和水平軸由力矩電機直接驅(qū)動。為保證萬向轉(zhuǎn)臺4機械結(jié)構(gòu)滿足能在垂直軸和水平軸進行精密轉(zhuǎn)動，可采用高精度的成對向心角軸承，本實施例選用由日本NSK公司生產(chǎn)的高精度軸承系列。另外，萬向轉(zhuǎn)臺4的機械還必須作到結(jié)構(gòu)重量輕，剛度高，便于移動與運輸且不遮擋激光束等特點。
本實施例選用微機作為主控計算機配以輔助輸入輸出接口，選擇美國德摩根(DeMorgen)公司生產(chǎn)的永磁式直流力矩電機作為萬向轉(zhuǎn)臺垂直軸和水平軸的驅(qū)動電機，這種電機屬于低速直流伺服電動機，它廣泛應用于各種高精度傳動系統(tǒng)中，能夠使用在堵轉(zhuǎn)或低速情況下。其特點為堵轉(zhuǎn)力矩大，空載轉(zhuǎn)速低，不需要任何減速裝置可直接驅(qū)動負載，過載能力強等。在實際應用中，長期堵轉(zhuǎn)時有能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩而不易損壞等優(yōu)點。本方案中兩個力矩電機輸出不用齒輪嚙合而是直接驅(qū)動萬向轉(zhuǎn)臺兩個軸的負載，作為位置和低速隨動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，既能消除齒隙又能縮短了傳動鏈，并具有反應速度快、特性線性度好、共振頻率高等優(yōu)點，因而提高了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性及靜態(tài)動態(tài)精度。另外，角位移傳感器采用包含多個碼道、按二進制規(guī)律組合的光學碼盤。碼盤的輸出接A/D轉(zhuǎn)換電路，反饋給主控制單片機可實現(xiàn)高精度的角位移控制。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，包括模擬光學終端(1)、主控計算機(2)、被測激光通信終端(5)，其特征在于還有測控驅(qū)動系統(tǒng)(3)，該測控驅(qū)動系統(tǒng)(3)包括角度轉(zhuǎn)換電路(31)，該角度轉(zhuǎn)換電路(31)的輸入端接主控計算機(2)，其輸出分兩路一路經(jīng)垂直軸電機控制電路(32)和放大驅(qū)動電路(33)接垂直軸力矩電機(41)，垂直軸角位移傳感器(34)安裝在垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(43)的垂直軸上，該垂直軸角位移傳感器(34)的輸出接垂直軸電機控制電路(32)；另一路經(jīng)水平軸電機控制電路(35)和放大驅(qū)動電路(36)接水平軸力矩電機(42)，水平軸角位移傳感器(37)安裝在水平軸萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(44)的水平軸上，其輸出接水平軸電機控制電路(35)；萬向轉(zhuǎn)臺(4)，由帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(43)和帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(44)構(gòu)成，該帶水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(44)通過其水平軸安裝在帶垂直軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(43)之內(nèi)，萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(43)的垂直軸端設(shè)有垂直軸力矩電機41，水平軸的萬向轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(44)的水平軸端設(shè)有水平軸力矩電機42；所述的被測激光通信終端(5)的垂直軸和水平軸的交點與萬向轉(zhuǎn)臺(4)的機械結(jié)構(gòu)垂直軸和水平軸的交點相重合，而且模擬光學終端(1)的發(fā)射/接受光軸穿過該交點；所述的主控計算機(2)內(nèi)設(shè)有被模擬衛(wèi)星的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對的數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬光學終端(1)包括通信激光器模塊(11)和信標激光器模塊(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，其特征在于所述的通信激光器模塊(11)和信標激光器模塊(12)是帶有準直的輸出波長為λ＝800～1550nm的半導體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，其特征在于所述的主控計算機(2)還有將被測模擬衛(wèi)星的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對θ(t)、(t)轉(zhuǎn)換成萬向轉(zhuǎn)臺(4)垂直軸和水平軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)對β1(t)、β2(t)的軟件，而所述的測控驅(qū)動系統(tǒng)(3)不再設(shè)置角度轉(zhuǎn)換電路(31)。
全文摘要
一種衛(wèi)星軌道模擬測試系統(tǒng)，包括模擬光學終端、主控計算機、被測激光通信終端，其特征在于還有測控驅(qū)動系統(tǒng)和萬向轉(zhuǎn)臺，所述的被測激光通信終端的垂直軸和水平軸的交點與萬向轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構(gòu)垂直軸和水平軸的交點相重合，而且模擬光學終端的發(fā)射/接受光軸穿過該交點；所述的主控計算機內(nèi)設(shè)有被模擬衛(wèi)星的俯仰角和方位角數(shù)據(jù)對的數(shù)據(jù)庫及其它相應的控制軟件。本發(fā)明通過直接驅(qū)動萬向轉(zhuǎn)臺高精度的轉(zhuǎn)動，以產(chǎn)生模擬衛(wèi)星軌道的等效俯仰角和方位角。其優(yōu)點在于，它能在等效模擬俯仰角－60°＜θ＜60°，方位角0°＜φ＜360°很大的范圍內(nèi)模擬不同軌道高度之間的衛(wèi)星間的激光通信過程，并且隨著輸入軌道數(shù)據(jù)的不同，可以靈活的模擬從高軌到中規(guī)以至低軌的一系列軌道。本發(fā)明具有適用性廣、實用性強、結(jié)構(gòu)簡單，控制鏈和傳動鏈短，控制精度高、占地面積小等特點。
文檔編號H04B17/00GK1561016SQ200410016349
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者章磊, 劉立人, 朱勇健, 鄧紹更, 欒竹, 張明麗, 萬玲玉, 孫建鋒, 章 磊 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所