空间激光通信APT系统中快速反射镜关键技术研究

CIOMP OpenIR

	空间激光通信APT系统中快速反射镜关键技术研究
	倪迎雪
学位类型	博士
导师	王晶
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	空间激光通信快速反射镜双曲线直圆混合柔性铰链十字柔性轴承位置检测装置
摘要	快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)是安装在光源与接收端之间,通过驱动器控制反射镜的偏转调整光束传播方向,起到稳定光学系统视轴或者调解光束指向的作用,因此,FSM已成为空间激光通信中捕获、瞄准和跟踪(APT)系统的关键组成部分。由于它具有高带宽、高响应速度和高控制精度等特点,还被广泛应用于天文望远镜、图像稳定和自适应光学等领域。本文以某预研项目空间激光通信终端为应用背景,根据项目需求,本文分别对采用柔性铰链支撑的FSM和采用十字柔性轴承支撑的FSM进行详细研究。详细研究内容分别叙述如下:1.详细对比国内外研究不同类型FSM的性能特点。根据某激光通信终端系统对FSM的指标要求,分析FSM各组成部分与性能指标之间的关系,确定系统指标及设计方案,设计两种采用不同支撑结构的FSM,并且均采用音圈电机作为驱动元件,利用QD组成位置检测装置。2.首先提出双曲线直圆混合柔性铰链,该型铰链不仅具有双曲线柔性铰链运动范围大的特点,还具有直圆柔性铰链回转精度高的特点。为了便于该型柔性铰链的优化设计,推导了其柔度计算公式,还分析了不同方向柔度与各参数之间的关系,有效缩短了双曲线直圆混合柔性铰链的优化设计时间。然后利用同种方法推导了十字柔性轴承的柔度公式,并对两种支撑结构的疲劳寿命进行仿真分析。结果说明两种柔性支撑结构均满足设计要求。3.提出基于QD的对称反射式位置检测装置,并建立其数学模型,仿真分析了测量范围和线性度随关键参数的变化趋势,得到了测量范围和线性度的优化方法,及测量范围和线性度与位置检测装置各关键参数的关系曲线。搭建实验平台,验证该优化方法的正确性,并完成FSM的整体设计。4.对FSM整体进行谐振频率及动力学仿真分析。首先深入研究模态分析理论,利用Patran软件分别仿真分析了两种FSM的前六阶模态。然后建立加入高阶谐振的系统动力学模型,并对系统进行了模态分析。通过对比两种方法得到的仿真结果,证明了动力学模型的正确性。5.完成两种快速反射镜的设计、加工及装配,并搭建实验平台,对两种快速反射镜的静动态特性及性能指标进行测试。实验结果表明:所设计的两种类型的FSM静动态性能指标均满足设计要求。新型双曲线直圆混合柔性铰链支撑有效地提高了系统的回转精度;在保证闭环带宽的同时,基于QD的位置检测装置有效地提高了系统的行程和线性度。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61663
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	倪迎雪. 空间激光通信APT系统中快速反射镜关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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