一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法，引入一束信標(biāo)光和兩塊快速控制反射鏡，分別叫做下45°光軸快速控制反射鏡和平臺光瞳快速控制反射鏡，在方位軸以上放置檢測光軸和光瞳的光軸探測器和光瞳探測器，光軸探測器與下45°光軸快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光軸自動調(diào)整；光瞳探測器與平臺光瞳快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光瞳自動調(diào)整。本發(fā)明利用兩塊快速控制反射鏡作為執(zhí)行元件，光電探測器作為處理單元，有效提高了方位軸與發(fā)射光軸重合調(diào)整的速度和精度。
【專利說明】一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光通信領(lǐng)域望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)發(fā)射光軸的調(diào)整方法，特別是涉及一種自動 調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 自人類從20世紀(jì)60年代進(jìn)行空間探索以來，信息的傳送都是依賴于電波，然而隨 著無線電波頻譜的日益擁擠以及人們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的日益增大，科學(xué)家們開始將目光逐漸 投向建立以光波為基礎(chǔ)的通信鏈路。激光通信的優(yōu)點：通信頻帶寬、信息容量大；抗干擾、 抗截獲能力強(qiáng)；體積小、質(zhì)量輕、功耗低。
[0003] 激光通信望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)是建立激光通信鏈路的前提，同時也是激光通信的一個主要 技術(shù)難點。對于共孔徑發(fā)射與接收望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)而言，為了實現(xiàn)與目標(biāo)的星地激光通信，望 遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)方位軸會隨著目標(biāo)的移動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，信號光經(jīng)方位軸、俯仰軸、主鏡筒最終到達(dá)目 標(biāo)。但當(dāng)發(fā)射軸與系統(tǒng)光軸不重合時，到達(dá)目標(biāo)的光斑也會隨著方位軸的旋轉(zhuǎn)形成圓形的 軌跡，大大降低了通信效率。即使事先進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，由于環(huán)境溫度變化、重力作用以 及平臺震動等原因，也會造成望遠(yuǎn)鏡方位軸和發(fā)射光軸發(fā)生偏離、不重合，從而影響了系統(tǒng) 的指向瞄準(zhǔn)精度。因此，在望遠(yuǎn)鏡裝調(diào)過程中，需要對系統(tǒng)方位軸與發(fā)射光軸重合度進(jìn)行 檢測和調(diào)整，并且在實際應(yīng)用過程中需要定期檢測和調(diào)整望遠(yuǎn)鏡方位軸和發(fā)射光軸的重合 度，以保證最終的指向瞄準(zhǔn)精度。
[0004] 目前的光路調(diào)整必須經(jīng)驗豐富的工作人員進(jìn)行操作，通過多次重復(fù)調(diào)整下45°反 射鏡和平臺反射鏡以達(dá)到對系統(tǒng)方位軸與發(fā)射光軸重合。由于通過人工判讀，具有較強(qiáng)的 主觀性，而且精度差，耗時長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自動調(diào)整激光通 信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法。引入一束信標(biāo)光和兩塊快速控制反射鏡，分別叫 做下45°光軸快速控制反射鏡和平臺光瞳快速控制反射鏡，在方位軸以上放置檢測光軸和 光瞳的光軸探測器和光瞳探測器，光軸探測器與下45°光軸快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制 系統(tǒng)，實現(xiàn)對光軸自動調(diào)整；光瞳探測器與平臺光瞳快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實 現(xiàn)對光瞳自動調(diào)整。在實現(xiàn)快速調(diào)整系統(tǒng)方位軸與發(fā)射光軸重合度時，具有時間短、精度高 的優(yōu)點。本發(fā)明利用快速反射鏡和光電探測器自動的實現(xiàn)調(diào)整，提高了調(diào)整速度和精度。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：如圖1所示，自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā) 射光軸重合的方法，其特征在于：在望遠(yuǎn)鏡13中引入一束信標(biāo)光，通過下45°光軸快速控 制反射鏡11、平臺光瞳快速控制反射鏡8、光軸探測器2和光瞳探測器4實現(xiàn)方位軸與系統(tǒng) 光軸重合的快速自動調(diào)整。旋轉(zhuǎn)方位軸10,利用光軸探測器2和光瞳探測器4輸出的脫靶 量數(shù)據(jù)，擬合出光軸以及光瞳閉環(huán)中心，分別驅(qū)動下45°光軸快速控制反射鏡11和光瞳快 速控制反射鏡8實現(xiàn)自動快速調(diào)整。
[0007] 所述的光瞳探測器與平臺光瞳快速反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光瞳的自動 調(diào)整；光軸探測器與下45°光軸快速反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光軸的自動調(diào)整。
[0008] 所述的光瞳探測器和光軸探測器可以是電荷耦合器件CCD，或者位置敏感傳感器 PSD以及其它的二維陣列探測器。
[0009] 所述的信標(biāo)光口徑需要充滿光路中反射鏡的口徑。
[0010] 本發(fā)明所述的自動調(diào)整望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法通過以下步驟實 現(xiàn)：
[0011] 步驟1、激光器9開啟，信標(biāo)光由激光器9發(fā)出，并開啟下45 °光軸快速控制反射 鏡11、平臺光瞳快速控制反射鏡8、光軸探測器2、光瞳探測器4、驅(qū)動控制單元1，并進(jìn)行初 始化；
[0012] 步驟2、光軸探測器2探測到信標(biāo)光，望遠(yuǎn)鏡方位軸旋轉(zhuǎn)一周，方位軸每旋 轉(zhuǎn)1°時，計算信標(biāo)光在光軸探測器2靶面上的質(zhì)心位置，分別為（Xal，Yal)，（Xa2， Ya2)，...（Xa360, Ya360)，利用以上的質(zhì)心位置數(shù)據(jù)，擬合得到圓心的位置（Xa，Ya);信標(biāo) 光在光瞳探測器4靶面上的質(zhì)心位置，分別為（Xpl，Ypl)，（Χρ2, Υρ2)，· · ·（Xp360, Yp360)， 利用以上的質(zhì)心位置數(shù)據(jù)，擬合得到圓心的位置（Χρ，Υρ)。
[0013] 步驟3、檢測當(dāng)前信標(biāo)光在光軸探測器2靶面上的位置為（Xa'，Ya'），檢測當(dāng)前信 標(biāo)光在光瞳探測器4靶面上的位置為（Χρ'，Υρ'）。

【權(quán)利要求】
1. 一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方法，其特征在于：引入一 束信標(biāo)光、兩塊快速控制反射鏡以及光軸探測器和光瞳探測器，該方法所述引入一束信標(biāo) 光即在激光通信望遠(yuǎn)鏡中引入一束信標(biāo)光；兩塊快速控制反射鏡分別叫做下45°光軸快 速控制反射鏡和平臺光瞳快速控制反射鏡，在方位軸以上放置檢測光軸和光瞳的光軸探測 器和光瞳探測器，光軸探測器與下45°光軸快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光 軸自動調(diào)整；光瞳探測器與平臺光瞳快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對光瞳自動 調(diào)整；具體的利用光軸探測器和光瞳探測器輸出的脫靶量數(shù)據(jù)，擬合出光軸以及光瞳閉環(huán) 中心，分別驅(qū)動光軸快速控制反射鏡和光瞳快速控制反射鏡實現(xiàn)自動快速調(diào)整，該方法通 過下45°光軸快速控制反射鏡、平臺光瞳快速控制反射鏡、光軸探測器和光瞳探測器實現(xiàn) 發(fā)射光軸快速自動調(diào)整。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方 法，其特征在于：光軸探測器與下45°光軸快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過算法 實現(xiàn)對光軸的調(diào)整；光瞳探測器與平臺光瞳快速控制反射鏡組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過算法 實現(xiàn)對光瞳的調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動調(diào)整激光通信望遠(yuǎn)鏡方位軸與發(fā)射光軸重合的方 法，其特征在于：光瞳探測器、光軸探測器可以是電荷耦合器件CCD，或者位置敏感傳感器 PSD以及其它的二維陣列探測器。
【文檔編號】G02B7/182GK104049354SQ201410317841
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月5日
【發(fā)明者】邊疆, 譚毅, 亓波, 任戈 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所