摘要
高性能的瞄准捕获跟踪（PAT）系统是进行空间激光通信的关键技术之一，为确保空间光通信终端的工作稳定性和可靠性，对PAT系统进行直接、全面的地面测试是必不可少的。本文围绕PAT系统的地面近距离测试方法进行研究，主要研究内容与成果如下： (1)阐述了光束指向误差对终端接收光功率的影响，并从PAT系统的整体结构出发，对其各部分的工作原理和器件选型方法进行研究，分析了通信双方PAT系统建立激光链路的工作流程与状态切换。 (2)提出一种能够对空间光通信终端在地面进行近距离点对点的直接、全面的PAT功能与性能等效测试模型。通过在发射端与接收端的光斑间建立成像关系，实现地面近距离条件下的终端质点化；通过发射端窄光束搜索接收端大接收面的“点寻面”方式来等效实际通信中以大覆盖范围光束搜索小面积接收天线的“面寻点”捕获过程；该方法克服了近距离情况下终端不能等效为质点、光斑尺寸小等问题，可对空间远距离终端间的跟瞄工作过程进行地面等效测试。 (3)构建了地面短距离空间光通信PAT功能验证与性能测试系统，介绍了实验中所用算法的原理，在两个激光通信终端相距5米的情况下完成了捕获功能验证及跟踪性能测试。实验验证了本文设计的实验光路可以对捕获和跟踪过程进行模拟，捕获阶段两终端间可自动建立激光链路，之后进行稳定的跟踪，实现数据稳定传输。跟踪阶段采用卡尔曼滤波算法补偿了系统响应的滞后，精跟踪指向误差保持在-20~20μrad范围内。
NETL