太极计划激光链路构建地面模拟控制系统研究

Abstract

太极计划需要通过激光捕获指向系统实现两颗卫星之间超长距离（3×106 km）的激光链路构建，并且实现1 μrad的捕获精度以及10 nrad/Hz（1 mHz~1 Hz）的指向抖动控制精度。空间引力波探测提出利用星敏感器（STR）、互补金属氧化物半导体（CMOS）捕获相机以及四象限光电探测器（QPD）等三级探测器逐步构建双向激光链路的方案，并最终通过差分波前传感技术（DWS）测量的高精度姿态信息来实现超稳的激光指向抖动控制。目前该方案仍处于理论论证阶段。为了测试该方案，采用实验室现有激光捕获指向一体化的光学系统以及一块ZYNQ芯片的自研板卡，尝试实现整个激光链路构建过程的全自主控制流程。实验结果表明：在大气环境下，成功自主完成了双向激光链路的构建，最终对应到实际系统望远镜前的捕获精度达到了0.07 μrad，指向控制过程的控制精度在太极计划的敏感频段内达到了9.7 nrad/Hz，能够满足任务需求。实验成功验证了激光链路构建方案的可行性，为下一步太极计划激光链路构建控制系统工程实施阶段的板级实现奠定了基础。