Galileo卫星激光反射器的结构设计

卫星激光反射器的结构设计是激光反射器设计的重要内容,本文以Galileo卫星激光反射器为例,阐述了中高轨导航卫星激光反射器结构设计所需解决的问题和措施途径,包括结构总体布局、角反射器组件结构、材料设计、减振缓冲、静电防护、热控技术等;并针对航天环境载荷(结构装配、恒加速度、振动、冲击、热循环等),对激光反射器的机械和光学性能影响进行了分析、计算和讨论,以此验证结构设计的可行性;Galileo卫星实际测距效果理想进一步表明Galileo反射器结构设计的合理。     

导航卫星激光后向反射器研究

鉴于设计Galileo导航卫星上激光后向反射器的需要,采用理论计算和实验验证的方法对角反射器的光行差补偿设计和远场衍射光强分布进行了研究.对不同直角偏差、是否镀反射膜的角反射器远场衍射光强分布给出了计算和试验结果.研究结果表明:理论计算与实验结果是完全一致的;对类似Galileo卫星的角反射器设计采用光行差角补偿是必要...     

试验卫星激光反射器的设计和试验

MS1和MS2试验星是我国首批设计寿命10年的中高轨导航卫星,为提高在轨精度和实现卫星精密定位,作为舱外有效载荷,两颗卫星均标配搭载了激光反射器。卫星激光反射器光学设计应考虑远场衍射等物理光学影响,不能仅考虑几何光学理论设计。以试验星反射器为例,基于角反射器光学远场衍射能量分布理论为基础,采用最大雷达截面法进行反射器尺寸优化,利用角度补偿法进行速差补偿角设计,对反射器表面加工精度、反射表面特性、切割方式等光学参数进行优化分析计算,并通过合理的机械结构和材料设计,解决了高量级力学环境、330℃高低温度交变、10年空间辐照寿命等环境适应性问题。试验星光学测试结果表明:参数设计合理,可实现远场环带能量在预定观测区域的最大化,在轨观测数据表明反射器工作正常,测距精度、测距范围等指标满足预期设计,理论设计和实践相符,这对今后同类激光反射器的设计具有借鉴和指导意义。     

HY-2卫星激光反射器理论分析及激光测距实验

激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精度的激光测距,因此绝大多数采用半球形阵列结构。文中以我国海洋二号卫星激光反射器为例,对半球形激光反射器的远场衍射分布、相对有效反射面积分布、距离更正误差分布和激光测距综合精度等核心技术参数进行理论分析。并以国内流动式卫星激光测距系统TROS1000对海洋二号卫星激光反射器进行追踪和激光测距实验,测量结果表明,激光测距内符合精度为1.1 cm,理论分析与实测结果相符。标志着海洋二号卫星激光反射器性能优良,这对以后激光卫星反射器的设计具有指导意义。     

区域观测卫星激光反射器有效反射面积的设计

卫星激光反射器阵列结构决定有效反射面积分布,进而影响激光回波强度。在某些小型卫星应用中,地面台站只需对卫星局部天区过境观测,但激光反射器需数十平方厘米的有效反射面积,且对质量和尺寸有限制,需合理设计激光反射器阵列排布指向以满足大的有效反射面积应用需求。推导了不同指向角反射器有效反射面积计算模型,并以某一局部天区观测的低轨卫星激光反射器为例,给出了有效反射面积的仿真结果,并进行了实验室测试。结果表明,局部天区观测卫星激光反射器的有效反射面积设计与测试结果相符,为区域观测卫星激光反射器应用奠定了基础。     

卫星激光角反射器的远场衍射光强研究

介绍了卫星激光角反射器的远场衍射光强研究,包括二面角（直角）偏差、表面不平度和反射面特性对远场衍射能量分布的影响。提出的远场衍射数学模型已用于Galileo卫星激光后向反射器设计,对其样品的实验结果表明,与理论计算的远场衍射能量分布相一致。     

卫星激光后向反射器结构应力对衍射能量分布影响研究

阐述了Galileo卫星激光后向反射器机械结构特性。 着重讨论了后向反射器的环境适应性设计和应力对角反射器光学性能的影响,以及相应的实验结果。     

北斗卫星激光反射器被国际组织确认为最佳

我国卫星激光反射器研究获得突破．中国科学院上海天文台研究员杨福民主持研制的卫星激光反射器,经过北斗二代M1卫星两年多的运行使用．证明其已达到了国际领先水平,受到国际同行的高度称赞．并被国际激光测距组织确认为目前最佳设计。     

国外简讯

美准备在1976年发射激光地球卫星马歇尔空间飞行中心正在为激光地球动力学卫星进行最后的准备,计划在1976年初发射。卫星重为835磅,装了426精密光学反射器,这是珀金-埃尔默公司提供的。这种反射器将来自地球的激光反回地面,供精密大地测量。(光学反射器图片见本期封底左上图)     

北斗卫星全球激光测距观测及数据应用

卫星轨道精确测定是卫星导航系统提供导航服务的基础。北斗卫星导航系统是我国自主研发的新一代卫星导航系统,卫星上均装载了激光反射器,以厘米或毫米级精度卫星激光测距作为北斗卫星精密测轨与微波测量系统的独立外部标校手段。为增强北斗卫星的激光观测能力,上海激光测距站在白天光束监视、望远镜精跟踪、噪声滤波等方面进行了性能改进,在国际激光联测台站中首先实现同步轨道卫星白天激光观测;基于国际激光联测机制,组织国际激光测距站开展北斗卫星全球激光观测实验,获取了28个台站对北斗卫星的激光观测数据,弥补了国内台站地域局限性,为国内卫星获取国外台站观测数据提供了途径。利用全球台站激光观测数据开展了北斗卫星激光独立定轨、广播星历精度检核等研究,并将结果应用于北斗卫星导航系统性能评估。     

Simple and compact, all-fibre retro-reflector for cladding-pumped fibre lasers

Proposed is an all-fibre retro-reflector realised via shaping a fibre end into a right-angled cone for a pump reflector in cladding-pumped fibre lasers. The conical-shaped fibre-optic retro-reflector allows folded, total internal reflections for pump beams that propagate in the inner cladding of a double-clad fibre. The proposed scheme was applied to a cladding-pumped ytterbium-doped fibre laser and readily achieved over 55% of reflection for the unabsorbed pump throughput, thereby generating 29% more signal output power than without the pump retro-reflector     

空间激光通信发展现状及组网新方法

针对现有无线电方法空间信息传输能力不足问题,简要分析了空间激光通信的优势,重点介绍了国内外空间激光通信的发展现状与计划,研究了空间激光通信的未来发展趋势。针对卫星小型化、网络化的发展趋势,提出了一种基于逆向调制技术的空间激光通信及组网方法。结合我国空间激光通信发展现状与不足,总结并分析了相关领域的关键技术。     

逆向调制阵列大气激光通信的误码率分析

为研究逆向调制阵列对大气湍流的抑制作用,提高逆向调制大气激光通信质量。首先,建立了逆向调制阵列接收光束传输模型,分析了光束经大气传输到达逆向调制阵列的信噪比;然后,建立了逆向调制阵列反射光束在大气信道中的传输模型,推导了不同数目反射光束在接收端的光强概率分布模型,分析了在不同湍流环境下采用逆向调制阵列的激光通信误码率;最后,仿真分析了在中等大气湍流条件下传输距离为1 km时,采用三个逆向调制器组成的逆向调制阵列的通信误码率比单个逆向调制器降低4 dB。     

基于激光与望远光瞳结合的星间基线指向测量方法

为解决编队小卫星星间基线指向的测量问题,提出了一种以激光与望远光瞳相结合的星间指向测量方法。建立了以迪卡尔坐标系为基准的星间基线指向测量模型,通过分析待测小卫星相对于基准小卫星空间位置发生改变时,待测小卫星特征点在基准小卫星上投影的改变规律,采用在待测卫星上放置一组空间阵列角锥棱镜的测量方案。对运行于不同半径轨道上的两颗小卫星之间的基线测量进行了仿真,最后通过实验对本文提出的方法进行了验证。实验结果表明,本方法可以实现对星间基线指向的测量,其测量结果的扩展不确定度为7.4′(k=2)。     

全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价

基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点,是空间光通信系统研究热点之一。提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构,并基于该结构对强度调制解调模式,通信距离为300 km,通信速率为1 GHz下的地面站对近地小卫星全双工通信链路进行了链路计算及通信误码率的分析。当MRR端口径为0.1 m时,通信链路余量大于5 dB,通信误码率优于10-15,满足通信链路的要求。并进一步分析了仿真结果存在的缺陷。结果表明所提出的空间光通信结构在小卫星对地面站全双工激光通信是可行的,是未来空间光通信系统发展趋势之一。