大功率激光能量传输多光束协同捕获瞄准与跟踪技术研究

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1、Vol-24No．1航天器工程第24卷第1期18SPACECRAFTENGINEERING2015年2月大功率激光能量传输多光束协同捕获瞄准与跟踪技术研究吴世臣张素娟常中坤(山东航天电子技术研究所，山东烟台264670)摘要以用于空间太阳能电站的远距离、大功率激光无线能量传输为研究背景，以提高系统能量传输效率为宗旨，针对多光束传输的激光无线能量传输系统协同捕获、瞄准与跟踪(APT)方法进行研究。首先通过对大功率激光无线能量传输系统的分析，获知了单光束激光无线能量传输系统的局限性，然后针对大功率、多光束激光无线能量传输系统的协同APT系统组成，分析了单终端多光束系统和多终端多光束

2、系统的实现方法及构成，最后针对单光束、7光束和9光束发射系统的目标重构光斑进行仿真，仿真结果表明，通过精确的多光束协同APT系统可以实现光束重构，重构后的能量光斑能量密度和分布都能得到改善。文章的研究成果将为建造用于空间太阳能电站的大功率、远距离激光能量传输系统提供技术储备和理论依据。关键词大功率；激光无线能量传输；多光束；传输效率；协同捕获、瞄准与跟踪中图分类号：V423．44文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．01．004StudyonCooperatiVeAPTinHigh—powerMultiple-beamLaserWir

3、elessPowerTransmissiOnWUShichenZHANGSujuanCHANGZhongkun(ShandongAerospaceE1ectro—technologyInstitute，Yantai，Shandong264670，China)Abstract：Thescientistsfrommanycountriesandareasstudythes01arpowersatellite(SPS)，whichcouldproVidecleanenergy．Thispaper，whichbelongstothe“eldofthelaserwirelesspower

4、transmissionfortheSPS，studiesthemethodofthecooperativeAPT(thecooperativeac—quisition，pointingandtracking)inmultiple_beam1aserwirelesspowertransmissionsystemino卜dertoimproVethetransmissionefficiency．Firstly，theweaknessofsin91e_beam1aserwirelesspowertransmissionsystemisanalyzed．Secondly，theAPT

5、systemisintroduced，andthentheformationandthealgorithmofthecooperativeAPTsystemformultiple七eamarestudied．At1astthesimulationforonebeam，sevenbeamsandninebeamsismade．Basedonthispaper，themethodofcooperativeAPTinthemultiple-beamtransmissionutilizedisfound，anditwillbethetheoreticalbasisanddesignsu

6、pportofthelaserwirelesspowertransmissionsystemforspaceso—larpowersatellite．Keywords：highpower；1aserwirelesspowertransmission；multiple-beam；transmissionefficiency；cooperativeacquisition，pointingandtracking(APT)收稿日期：201411—20；修回日期：2015一01一06基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AAl20605)作者简介：吴世臣，男，博士，工程

7、师，研究方向为激光通信、激光无线能量传输。Ema订：hitivy2009@123．com。第l期吴世臣等：大功率激光能量传输多光束协同捕获瞄准与跟踪技术研究191引言在能源和环境问题日益严峻的今天，全球越来越关注新型能源的开发。因此，可以提供清洁能源的空问太阳能电站(SolarPowerSatellite，SPS)正在成为多个国家和地区的研究重点[1]。目前，美国、日本、欧洲、俄罗斯、加拿大等国家和地区已经在天基太阳能电站的战略规划和技术研究方面开展了大量工作，其中以美国和日本最为突出。目前