空间热环境对激光通信终端卡式天线光学性能影响分析

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目前的地面通信网络主要以光纤网络构成高速率的网络主体,而在太空中的星间通信主要依靠微波通信,但其通信速率低、信道有限通信容量低。而空间激光通信传输速率高、保密性好、通信容量大,可以满足人们对大容量、高速率、低延迟的通信的需求,必定会成为未来通信中重要的一环,因此各国大力发展空间激光通信技术。目前,各项相关技术日趋成熟,从理论分析阶段逐渐步入了地面、在轨验证实验阶段。  光学天线在卫星光通信系统中负责光信号的收发,其性能指标的优劣直接关系到通信链路的稳定性和误码率甚至影响通信链路的通断。空间激光通信中继距离长,要求光学系统具有较高精度。在空间热环境的作用下,裸露于空间环境中的光学天线会因空间热源产生不均匀温度分布,进而产生热弹性热形变,对望远镜成像质量造成影响,影响通信链路。因此,对通信望远镜进行热集成分析,研究空间热源对望远镜光学性能的影响,可以使望远镜在空间环境下有更强的适应能力。  目前国内外对光机系统的分析主要进行了热载荷影响分析,面型精度影响分析等,但光机系统热集成分析较为少见,本文主要针对某激光通信终端进行热集成分析。本文首先分析了国内外轨道热载荷对光学系统性能的理论分析与试验研究的相关情况,然后主要对光学天线轨道热流进行分析,利用有限元法和热弹性形变理论,分析了空间外热源对卡式系统温度分布和形变分布的影响。在此基础上,利用zernike多项式对形变面型进行拟合后,输入至光学分析软件CODE V中,分析天线的光学性能变化。本文具体工作如下:  对某卫星激光通信终端光学天线进行机械建模,并分析终端在轨各面热源输入情况。根据热源输入情况,利用有限元法对通信终端主、次镜进行了温度分布以及热应变仿真分析。利用热形变结果,得到空间热流对光学系统的波前畸变、MTF、以及光斑能量分布等性能参数的影响。并且,设计了激光通信终端主体太阳辐射实验,验证了仿真结果的正确性。  空间热环境是影响激光通信系统工作稳定性的最重要因素之一,本文针对空间热环境对光学系统性能的影响展开研究,对星载光学天线的结构设计,以及像差矫正提供了理论基础以及实验依据,对卫星激光通信系统的性能优化打下基础。
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