1.本发明涉及一种基于微小卫星对地瞄准的光束存储比较捕获方法，属于激光通信捕获技术领域。
背景技术：
2.激光通信捕获主要用于卫星光通信链路的建立，以及链路异常中断后的恢复，捕获完成后方能开展链路跟踪和通信。通常情况下，由于地球遮挡等原因星地卫星光通信链路的时段是有限的，捕获的快速完成可以在有限的链路时间内完成尽可能大的信息传输。星地激光链路捕获过程中，发射端用信标光扫描不确定域（接收端卫星可能出现的二维角度域），一旦实现信标光有效覆盖，接收端向发射端回应反馈光信号，两终端利用对方光束分别进行锁定，最终建立双向光束探测闭环的激光链路。
3.用于完成捕获的每一个激光通信终端部件一般包括粗瞄装置、精瞄装置和cmos探测装置共3个，其中粗瞄装置用于大角度范围瞄准、跟踪和扫描；精瞄装置用于小角度范围扫描、跟踪和提前瞄准；cmos探测通信实时调整窗口大小配合瞄粗装置和精瞄装置的光束跟踪。
4.卫星对地激光通信链路中，捕获分为初始瞄准、光束扫描和锁定三个过程，需要粗瞄装置、精瞄装置和cmos探测装置相互配合完成。由于微小卫星的承载重量有限，一般利用卫星平台替代激光通信终端粗瞄装置实现大角度范围瞄准、跟踪和扫描，以减轻激光通信终端的重量。
5.目前的卫星激光通信终端一般重量在10kg至50kg量级，功耗100w左右，多数安装在低轨卫星或高轨卫星平台上。近些年来，随着天基互联网络的发展，微小卫星在太空中的应用越来越广泛。微小卫星平台的重量一般在100至500kg，除了平台本身重量，还要搭载遥感和测控设备，对于星载激光通信的重量要求一般在数kg量级。传统的卫星激光通信终端一般包括二维转台、光路和电控等部分，很难做到5kg以内，无法满足微小卫星搭载运行要求。
6.解决上述问题的技术手段是去掉卫星激光通信终端二维转台，利用微小卫星平台实现粗瞄准，激光通信终端仅进行光收发和精瞄准。由于微小卫星平台主要通过地面进行测控，星载激光通信终端无法对其进行实时控制，光束漏捕风险较大，造成捕获时间长，捕获概率低等影响链路性能问题，严重影响了卫星卫星平台激光通信技术的应用。
技术实现要素：
7.本发明的目的是针对微小卫星平台对地激光通信捕获时间长、容易出现漏扫等技术问题，提出了一种基于微小卫星对地瞄准的光束存储比较捕获方法，通过光束存储比较的方式缩小初始捕获范围，之后在进行扫描捕获，这样避免了由于卫星平台和激光通信终端间信号传输速率低造成的漏捕问题，可有效提升星地激光链路捕获性能。可在无星上终端二维转台大角度扫描的情况下，实现激光链路的快速捕获，具有捕获时间短、捕获概率高
等优点。
8.上述的目的通过以下的技术方案实现：基于微小卫星对地瞄准的光束存储比较捕获方法，该方法包括如下步骤：（1）微小卫星平台根据轨道、姿态和地面站位置信息，在预定时间段调整卫星姿态，控制激光通信终端光轴向地面站瞄准；（2）地面站发射捕获信标光，采用跳扫方式覆盖设定的扫描区域，扫描参数包括扫描角度间距和光束存储比较捕获法扫描时间间隔，具体计算方法如下：，具体计算方法如下：式中，为捕获信标光发散角； 为考虑地面终端扫描控制误差设置的重叠补偿量；t
l
为星地链路光束传输的弛豫时间；t
a
为激光通信终端的探测响应时间；（3）地面站跳扫完成整场后，激光通信终端将存储的捕获探测信息(t
n
，p
n
)发送至卫星平台，其中t
n
为捕获探测时间序列，p
n
为探测到的信标光功率值，n为存储信息序列标号；（4）捕获探测信息(t
n
，p
n
)通过卫星测控信道传输至地面站；（5）地面站利用捕获探测信息(t
n
，p
n
)，与地面跳扫时序角位置信息进行比对，根据功率是否满足捕获判断阈值，确定捕获到信标的存储信息序列标号n值，取为n=a；a为根据激光通信终端存储信息中，比对满足捕获阈值对应的捕获探测信息序列号。
9.（6）地面站按n=a对应的地面跳扫时序角位置，进行捕获初始瞄准角度量修正，重新开始星地链路捕获，可在短时间内快速完成捕获。
10.进一步地，步骤（2）中所述捕获信标光发散角取200至1000urad。
11.进一步地，步骤（2）中所述考虑地面终端扫描控制误差设置的重叠补偿量为10至50urad。
12.进一步地，步骤（5）中所述捕获判断阈值取cmos探测背景噪声功率均值的5至10倍。
13.有益效果：本发明采用了光束存储比较捕获方法，在地面站发射捕获信标光，采用跳扫方式覆盖设定的扫描区域的过程中，采用了光束存储比较捕获方法，地面站无需等待激光通信终端的回光信号，降低了星地双向传输延时补偿量，可大大减少了地面站跳扫的时间间隔，能够快速完成整场扫描，同时降低卫星平台姿态漂移造成的漏扫情况发生概率。与传统的双向捕获方法相比，捕获扫描全场的最大时间明显降低，可显著提升星地激光链路捕获性能，对于可链路时段有限的低轨微小卫星与地面激光链路意义重大。
具体实施方式
14.本实施例的基于微小卫星对地瞄准的光束存储比较捕获方法，该方法包括如下步骤：（1）微小卫星平台根据轨道、姿态和地面站位置信息，在预定时间段调整卫星姿态，控制激光通信终端光轴向地面站瞄准；整个捕获过程中，微小卫星平台保持瞄准状态；
（2）地面站发射捕获信标光，采用跳扫方式覆盖设定的扫描区域，扫描参数包括角度间距和时间间隔，现有技术中通常采用传统的双向扫描捕获方法，扫描角度间距和扫描时间间隔 算法是：，式中，为捕获信标光发散角；为考虑地面终端扫描控制误差设置的重叠补偿量；为星地链路光束传输的弛豫时间，由于需要考虑光束往返传输，公式中取为2；为激光通信终端的探测响应时间，为微小卫星平台瞄准控制执行时间，该部分由于需要微小卫星本体机动调整姿态完成，由于卫星平台测控通道刷新频率低，造成时间较长，一般在1
‑
10s量级。
15.本发明采用光束存储比较捕获方法，地面站无需等待激光通信终端的回光信号，因此本发明的扫描角度间距和光束存储比较捕获法扫描时间间隔的计算方法是：的计算方法是：本发明光束存储比较捕获法扫描时间间隔，降低了星地双向传输延时补偿量，避免了延时，可大大减少了地面站跳扫的时间间隔，能够快速完成整场扫描，同时降低卫星平台姿态漂移造成的漏扫情况发生概率。
16.（3）地面站跳扫完成整场后，激光通信终端将存储的捕获探测信息(t
n
，p
n
)发送至卫星平台，其中t
n
为捕获探测时间序列，p
n
为探测到的信标光功率值，n为存储信息序列标号；（4）捕获探测信息(t
n
，p
n
)通过卫星测控信道传输至地面站；（5）地面站利用捕获探测信息(t
n
，p
n
)，与地面跳扫时序角位置信息进行比对，根据功率是否满足捕获判断阈值，确定捕获到信标的存储信息序列标号n值，取为n=a；a为根据激光通信终端存储信息中，比对满足捕获阈值对应的捕获探测信息序列号。
17.（6）地面站按n=a对应的地面跳扫时序角位置，进行捕获初始瞄准角度量修正，重新开始星地链路捕获，可在短时间内快速完成捕获。
18.以500km轨道高度微小卫星对地激光通信链路为例，设捕获扫描范围为2.5mrad，取捕获信标光发散角 为400urad，重叠补偿量 为32urad，星地链路光束传输的弛豫时间为3ms，激光通信终端的探测响应时间为25ms，微小卫星平台瞄准控制执行时间 为2s。通过上述参数可得到：角度间距 =250urad，对应的扫描点数为n= =100；传统和本发明扫描方法对应的扫描时间间隔分别为=2.031s和=0.028s。
19.利用上述数据估算，采用传统的双向扫描捕获方法，捕获扫描全场的最大时间为：t1=n
×
=203.1s。采用本发明提出的方法，捕获扫描全场的最大时间为t2=n
×
=2.8s。t1与t相差70多倍。
20.综上所述，本发明提出了一种基于微小卫星对地瞄准的光束存储比较捕获方法，
与传统的双向捕获方法相比，捕获扫描全场的最大时间明显降低，可显著减少星地激光链路的平均捕获时间，对于可链路时段有限的低轨微小卫星与地面激光链路意义重大。
21.以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。