衛星レーザー通信におけるLSTMベースの指向軌道予測を用いた複合軸ビーム追跡制御

科学分野:

• 光工学
• 航空宇宙工学
• 人工知能

背景:

• 安定したビーム追跡は、信頼性の高い衛星レーザー通信に不可欠です。
• 指向・捕捉・追跡（PAT）システムは、外部の擾乱やシステム遅延の課題に直面しています。
• 既存の粗追跡システムは、低い動的応答を示し、カスケード遅延を導入します。

研究 の 目的:

• PATシステムのパフォーマンスを向上させるためのハイブリッド追跡方法を提案すること。
• 衛星レーザー通信における動的応答、信号検出遅延、制御ラグの限界に対処すること。
• 動的な環境における光アンテナの安定性と追跡精度を向上させること。

主な方法:

• 端末指向予測のために長短期記憶（LSTM）ニューラルネットワークを利用したハイブリッド追跡方法を実装しました。
• LSTMベースの指向予測と単一検出器閉ループ追跡を統合しました。
• 短期の端末指向予測のために、過去の指向軌道を使用しました。

主要な成果:

• 提案されたLSTMベースの方法は、PATシステムの動的追跡能力と堅牢な安定性を向上させます。
• この方法は、軌道予測誤差や衛星姿勢制御誤差の影響を受けず、追加の系統誤差を回避します。
• シミュレーションと実験により、ハイブリッド追跡アプローチの有効性が確認されました。

結論:

• ハイブリッド追跡方法は、衛星レーザー通信におけるPATシステムのパフォーマンスを大幅に向上させます。
• LSTMベースの指向予測は、端末追跡のための暦予測に代わる堅牢な選択肢を提供します。
• 統合されたアプローチは、宇宙におけるより信頼性が高く安定した光リンクにつながります。