Auslegung einer Regelung für ein Laserkommunikationsterminal zur Erweiterung des Betrachtungsbereichs durch Kombination einer groben und einer feinen Ausrichtungsgruppe

Abstract

Optische Satellitenkommunikation gewinnt in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Dies liegt insbesondere am steigenden Bedarf hoher Datenraten. Hier ist die Laserkommunikation der herkömmlichen Funkkommunikation deutlich uberlegen. Zudem ist Laserkommunikation unreguliert und benötigt im Vergleich zu gleichwertigen Funksystemen entscheidend weniger Leistung, erfordert allerdings eine genaue Ausrichtung auf den Kommunikationspartner. Das Deutsche Zentrum fur Luft- und Raumfahrt (DLR) hat dafür im Rahmen des PIXL-1 Projekts ein Laserkommunikationsterminal für Kleinsatelliten entwickelt. Es verwendet eine Kombination aus einem feinen Lenkspiegel und einer groben Ausrichtungsbaugruppe, um die exakte Positionierung zu ermöglichen. Ziel dieser Arbeit ist eine optimale Nutzung des Laserkommunikationsterminals zu gewährleisten, indem fur das System aus beiden Elemente ein energieeffizientes Regelsystem ausgelegt wird. Dazu wird ein Simulationsmodell des Lenkspiegels und der Ausrichtungsbaugruppe erstellt. Das Verhalten des feinen Lenkspiegels lässt sich über eine Transferfunktion beschreiben. Bei der groben Ausrichtungsbaugruppe handelt es sich um ein nichtlineares, gekoppeltes mechanisches System. Um hier ein aussagekräftiges Modell zu erhalten, wird der Lagrange Formalismus angewendet, mit dem die Bewegungsgleichungen des Systems ermittelt werden können. Im Anschluss wird mit diesen Modellen eine Simulation des Terminals erstellt. Der Entwurf der Regelung erfolgt innerhalb der Simulation. Der Regler fur den feinen Lenkspiegel wird als Fehlerregler ausgelegt, um den Lenkspiegel zum Ausgleich von Störungen zu verwenden. Die Regelung der groben Ausrichtungsbaugruppe ist kaskadiert aufgebaut. Dies ermöglicht eine genau Steuerung der Bewegungen und ist notwendig für die korrekte Ausrichtung auf den Kommunikationspartner. Um die Stabilität der Verbindung deutlich zu erhöhen, interagieren die Regelungen beider System miteinander. Zum Abschluss wird die Simulation durch Hardwareversuche validiert.