GEO激光通信系统主镜组件优化设计

刘伟达; 孟立新; 张树仁; 张立中

doi:10.3788/IRLA201645.1218004

GEO激光通信系统主镜组件优化设计

doi: 10.3788/IRLA201645.1218004

1.
长春理工大学机电工程学院,吉林长春 130022;
2.
长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130022

基金项目:

国家863计划（2012AAJ204）

详细信息

作者简介:
刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

中图分类号: V474.6;V412.4

Optimal design of primary mirror subassembly in GEO laser communication system

1.
Mechanical and Electronic Department,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China;
2.
NUERC of Space and Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China

摘要: 为保证GEO激光通信系统主镜的面形误差、主镜组件的结构刚度满足设计要求，需要进行主镜组件结构参数优化设计。由于组件的结构参数较多，为避免参数之间重复优化，提高优化设计效率，采用正交优化方法，用9种结构参数组合完成全部81种参数组合的主镜优化设计，保证了1 g重力、2℃径向温差分别作用时的面形误差RMS值满足RMS/50（=632.8 nm）的面形精度要求，并且改善了5℃均匀温升作用下的面形误差RMS值；在此基础上，进行了柔性支撑优化设计。仿真分析表明，主镜组件一阶频率为213 Hz，高于要求的200 Hz固有频率，主镜在1 g重力、2℃镜体径向温差和5℃均匀温升共同作用下的最大面形误差为10.78 nm，满足面形精度要求。经实验测试：5℃均匀温升的面形误差RMS值为7.27 nm，优于设计要求。优化设计为主镜组件的设计、加工、装校提供了技术支撑。
- 激光通信 /
- 主镜面形误差 /
- 正交优化
Abstract: In order to meet the requirements of the surface error RMS value and stiffness of GEO(Geostationary Earth Orbit) laser communication primary mirror subassembly, the subassembly structure was optimized. Firstly, the optimal design of 9 group parameter combination of primary mirror was conducted by orthogonal optimization method, instead of total 81 group combination, avoiding repeating parameter optimization and heightening the efficiency of optimal design, in which the surface error RMS value on 1 g gravity and the one on 2℃ radial temperature difference were satisfied with /50(=632.8 nm) surface error demand, the RMS value under 5℃ uniform temperature rise can be improved. Secondly, the flexure support was optimized. The simulation result showed that the first order fundamental frequencies is 213 Hz, superior to 200 Hz fundamental frequency, the maximum surface error RMS values of 1 g gravity on three directions, 5℃ uniform temperature rise and 2℃ radial temperature difference is 10.78 nm, lower than surface error demand. The test demonstrated that the RMS value under 5℃ uniform temperature rise is 7.27 nm, less than design requirement. The optimal design provided technical support to process and alignment of primary mirror subassembly.
- laser communication /
- primary mirror surface error /
- orthogonal optimization

[1]	Liu Lei, Gao Minghui, Li Lifu, et al. Primary mirror topolo-gical optimum design of space camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(6):1066-1074. (in Chinese)
[2]	Xu Wei, Wu Qingwen, Zhai Yan, et al. Optimal design and analysis of long circular reflector subassembly in the space optical remote sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(3):752-757. (in Chinese)
[3]	Yang Jiawen, Huang Qiaolin. Optimized design of structure parameters for large-aperture mirrors[J]. Chinese Space Science and Technology, 2011, 8(4):77-83. (in Chinese)
[4]	Liu Fuhe, Cheng Zhifeng, Shi Lei, et al. Design and analysis of supporting structure for rectangular mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5):1512-1517. (in Chinese)
[5]	Zhu Junqing, Sha Wei, Chen Changzhen, et al. Position layout of rear three point mounting for space rectangular mirror[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(9):2562-2569. (in Chinese)
[6]	Li Haixing, Di Yalin, Zhang Hongwen. Support system study of rectangular mirror[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(5):05230021-7. (in Chinese)
[7]	Li Zongxuan, Chen Xue, Zhang Lei, et al. Design of cartwheel flexural support for a large aperture space mirror[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(6):0623003. (in Chinese)
[8]	Xu Hong, Guan Yingjun. Structural design of large aperture sic mirror subassembly[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12):83-88. (in Chinese)
[9]	Wang Zhongsu. Design of flexible support structure of reflector in space remote sensor[J]. Optics and Precision Engineering, 2010, 18(8):1833-1841. (in Chinese)
[10]	Wang Fuguo. Study on the influence of temperature and support style to the 1.2 m sic primary mirror surface figure[J]. Acta Photonica Sinica, 2011, 40(6):933-936. (in Chinese)
[11]	Ren Luquan. Optimum Design and Analysis of Experiments[M]. Beijing:Higer Education Press, 2003. (in Chinese)
[12]	Paul R, Yoder Jr. Optical-Mechanism System Design[M]. Beijing:Mechanical Industry Press, 2008. (in Chinese)

[1]	崔大健, 敖天宏, 奚水清, 张承, 高若尧, 袁俊翔, 雷勇. InGaAs单光子雪崩焦平面研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20230016-1-20230016-11. doi: 10.3788/IRLA20230016
[2]	李小明, 郭名航, 刘赢泽, 姚嘉龙, 王立彪, 董云冲, 陈希来. 激光通信平背伺服摆镜支撑结构优化设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(12): 20230336-1-20230336-10. doi: 10.3788/IRLA20230336
[3]	毛玉林, 舒仕江, 吴艳锋, 张国亮, 马骁, 任晓东. 激光通信与成像卡塞格林形式收发光学天线结构初解 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210173-1-20210173-5. doi: 10.3788/IRLA20210173
[4]	徐新瑞, 孟祥翔, 吴世臣, 王健隆, 白素平. 大容差中波红外激光通信终端光学天线研制 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200331-1-20200331-7. doi: 10.3788/IRLA20200331
[5]	余辉龙, 鲍智康, 王璇, 查日东, 杨云霞, 何睿清. XY-2号卫星激光通信载荷PAT在轨测试 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200327-1-20200327-8. doi: 10.3788/IRLA20200327
[6]	李小明, 王桂冰, 张立中, 王天宇, 张天硕. 单反式光端机反射镜柔性支撑参数化设计与试验 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0414003-0414003-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0414003
[7]	刘中辉, 陈纯毅, 姚海峰, 潘石, 向磊, 娄岩, 倪小龙. 基于大气湍流传输激光散斑的真随机数提取研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1205005-1205005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1205005
[8]	吴从均, 张新洁. 反射变距离激光传输链路几何衰减模拟系统研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(S2): 117-124. doi: 10.3788/IRLA201948.S218003
[9]	丁良, 吴志勇, 李学良, 谷雨聪, 胡金田, 尹景隆. 激光通信中马赫曾德调制器无抖动偏置控制技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1218001-1218001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.1218001
[10]	李响, 李小明, 张家齐, 柳鸣, 孟立新, 张立中. 多节点激光通信天线“一体式”SiC/Al轻量化摆镜 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 198-204. doi: 10.3788/IRLA201948.S118001
[11]	李响, 王守达, 张家齐, 李小明, 张立中. 承载式激光通信光学天线 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1118001-1118001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1118001
[12]	张颖, 柯熙政, 陈明莎. 受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122001-1122001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
[13]	王磊, 隋强, 杜昌澔, 刘昊. 自噪声抑制Gardner算法及位同步环路设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 622002-0622002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0622002
[14]	张天一, 汪相如, 黄子强, 吴亮, 许剑华, 谭庆贵. 液晶光学相控技术在卫星通信多接入中的应用 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122004-1122004(9). doi: 10.3788/IRLA201746.1122004
[15]	陈牧, 柯熙政. QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1022005-1022005(6). doi: 10.3788/IRLA201789.1022005
[16]	李响, 张立中, 姜会林. 星载激光通信载荷高体分SiC/Al主镜及支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1218003-1218003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1218003
[17]	陈牧, 柯熙政. 大气湍流对激光通信系统性能的影响研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 822009-0822009(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0822009
[18]	李一芒, 高世杰, 盛磊. 近海激光通信分集技术对大气湍流扰动抑制的实验 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 322001-0322001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0322001
[19]	艾勇, 段梦云, 徐洁洁, 单欣, 陈晶, 熊准, 姜茹. LC-SLM激光大气传输湍流模拟及通信实验分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3103-3109.
[20]	孟恒辉, 耿利寅, 李国强. 激光通信器热设计与热试验 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2295-2299.

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GEO激光通信系统主镜组件优化设计

doi: 10.3788/IRLA201645.1218004

作者简介:
刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

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doi: 10.3788/IRLA201645.1218004

1. 长春理工大学机电工程学院,吉林长春 130022;

2. 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130022

作者简介:
刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

English Abstract

Optimal design of primary mirror subassembly in GEO laser communication system

1. Mechanical and Electronic Department,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China;

2. NUERC of Space and Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China

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作者简介: 刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

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GEO激光通信系统主镜组件优化设计

doi: 10.3788/IRLA201645.1218004

1. 长春理工大学 机电工程学院,吉林 长春 130022; 2. 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022

作者简介: 刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

English Abstract

Optimal design of primary mirror subassembly in GEO laser communication system

1. Mechanical and Electronic Department,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China; 2. NUERC of Space and Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China

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作者简介:
刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

1. 长春理工大学机电工程学院,吉林长春 130022;

2. 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130022

作者简介:
刘伟达(1984-),男,博士生,主要从事空间光机结构优化方面的研究。Email:1158398209@qq.com

1. Mechanical and Electronic Department,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China;

2. NUERC of Space and Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China