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Trajectory control of a gimbaled prism for hemispherical pointing in CubeSat optical communications

Rüddenklau, René und Rodeck, Lukas Rupert und Zeihsel, Hannes Simon (2026) Trajectory control of a gimbaled prism for hemispherical pointing in CubeSat optical communications. Optics Express, 34 (8), Seiten 13803-13814. Optical Society of America. doi: 10.1364/OE.580830. ISSN 1094-4087.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-34-8-13803

Kurzfassung

Free-space optical communications on CubeSats require precise pointing mechanisms to maintain stable links. State-of-the-art CubeSat-sized laser communication terminals rely on satellite body pointing, which imposes constraints on system flexibility. This paper presents the proposed control strategy of a gimbaled-prism-based coarse pointing assembly for hemispherical pointing in CubeSat optical communications. The gimbal design employs a compact mechanical structure with direct-drive actuation for azimuth and elevation control. A hierarchical control strategy is implemented, combining a cascaded servo control loop with an s-curve profiler for ephemeris-based pointing and a second-order trajectory controller for fine pointing assembly offloading. Therefore, the dynamics of the low-level controller can be decoupled from the trajectory control design. The performed experimental validation includes hardware characterization, system response identification, and closed-loop performance analysis, demonstrating the capability to achieve accurate and stable pointing of the developed coarse pointing assembly. Results confirm that the proposed approach meets stringent dynamics and stability requirements while maintaining a pointing accuracy suitable for CubeSat optical communication applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223845/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Trajectory control of a gimbaled prism for hemispherical pointing in CubeSat optical communications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rüddenklau, RenéRene.Rueddenklau (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2876-8591211745382
Rodeck, Lukas Rupertlukas.rodeck (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zeihsel, Hannes Simonhannes.zeihsel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-8899-176X211745383
Datum:7 April 2026
Erschienen in:Optics Express
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:34
DOI:10.1364/OE.580830
Seitenbereich:Seiten 13803-13814
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Agarwal, AnjaliNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Optical Society of America
ISSN:1094-4087
Status:veröffentlicht
Stichwörter:coarse pointing assembly, free-space optical communications, CubeSat, pointing, acquisition and tracking
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
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DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - SeRANIS/OpsSat Studie
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Optische Satellitenlinks
Hinterlegt von: Rüddenklau, René
Hinterlegt am:15 Apr 2026 08:48
Letzte Änderung:15 Apr 2026 08:48

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