星間激光光束指向測控系統(tǒng)方案設(shè)計與初步實驗檢驗.pdf

1、新一代低低跟蹤衛(wèi)星地球重力場測量計劃SAGM(Space Advanced Gravity Meas-urements mission)是針對地球重力場和大地水準(zhǔn)面測量的預(yù)先研究項目。由激光干涉星間測距技術(shù)來測量兩顆跟隨飛行的衛(wèi)星星間距離，為建立并保持星間激光鏈路，減小衛(wèi)星姿態(tài)運動和光束指向抖動的影響，需要在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部嵌入星間激光指向系統(tǒng)，該指向系統(tǒng)將完成星間激光“捕獲、跟隨和指向功能”ATP（Acquisition Tracking

2、 Pointing），并綜合考慮減小指向系統(tǒng)和姿態(tài)運動所引入的測量誤差，為數(shù)據(jù)處理修正提供條件。
　　本文對比了當(dāng)前國際上主要的新一代低低跟蹤衛(wèi)星重力測量計劃設(shè)計，介紹了國內(nèi)SAGM的可能設(shè)計方案與條件，對星間激光指向系統(tǒng)組成進行了分類介紹。
　　針對星間激光干涉的指向系統(tǒng)基本工作原理給出較基本的描述，建立對指向系統(tǒng)的初步理解。分析各類誤差因素，討論了系統(tǒng)的空間定義方法和光束指向矩陣表述形式。給出了較為詳細完備的坐標(biāo)系和空間

3、矢量定義。以高斯光場模型為基礎(chǔ)計算了接收光場與星間指向角的關(guān)系。計算得到“干涉差分波前測量法”DWS（Differential Wavefront Sensing）的角度轉(zhuǎn)化理論比例。
　　針對SAGM的主要誤差特別是與激光指向相關(guān)誤差進行了初步計算分析，討論了各種方案細節(jié)的選擇，論證分析了在SAGM中引入“快速偏轉(zhuǎn)反射鏡-偏振分光棱鏡”（FSM-PBS）聯(lián)動控制激光指向的光路設(shè)計可行性和方案優(yōu)勢，適用條件和可能引入的問題。對比了

4、DWS與光斑偏移法測量接收波前的特點，介紹了一些針對光束指向調(diào)節(jié)機構(gòu)的可能性。簡要描述了SAGM系統(tǒng)金屬構(gòu)架光機結(jié)構(gòu)的CAD設(shè)計，核心元件膠合PBS的設(shè)計指標(biāo)參數(shù)。
　　在實驗環(huán)節(jié)，介紹了為驗證DWS角度測量方法的特性，和FSM光束閉環(huán)控制能力，搭建的干涉光路驗證平臺。其中解釋了基于軟件LabVIEW的八路相位采集測量系統(tǒng)，四象限光電探測器QPD（Quadrant photo detector）前端放大電路的原理和制作細節(jié)，并分析