星载激光通信广角指向装置制造方法及图纸

星载激光通信广角指向装置及方法，本发明专利技术提供的星载激光通信广角指向装置包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。

Wide angle pointing device for satellite borne laser communication

Satellite laser communication wide-angle pointing device and method, the invention provides a satellite laser communication wide-angle pointing device includes a first satellite, second satellite, light transmitter, laser capture device; also includes a reflecting device, wherein the reflecting device is a concave mirror; the light transmitter includes incident light source and light deflecting crystal combination; the light source installation platform of the transmitter and the reflection device is installed on the first satellite; the laser capture device is installed on the second satellite; the light emission end of the laser signal in the reflecting device surface reflection, incident laser capture device.

【技术实现步骤摘要】
星载激光通信广角指向装置
本专利技术涉及激光通信领域，特别涉及星载激光通信广角指向装置及方法。
技术介绍
卫星激光通信与现有的射频通信相比具有通信速率高、通信容量大、功耗低、体积小、重量轻、抗干扰和高保密性等诸多的优势，被认为是实现星间高码率通信的最佳方案，已经在军用和民用领域受到广泛的重视。然而卫星激光通信时卫星之间相对位置不固定，而且终端之间相对运动速度也较大所以需要配置卫星跟瞄系统。目前的卫星跟瞄系统采用卫星姿态调整或者通过L型臂经纬，仪或者旋转双棱镜结构，由步进电机控制其旋转，从而实现整个终端移动部分的转动(如欧空局的SILEX系统)。这种系统需要多个光束偏转镜、很多其它光学器件以及转台等设备共同完成光束指向控制，使得整个系统十分复杂，增加了体积和质量，并且可靠性下降，不利于星上使用。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有卫星跟瞄系统结构复杂，质量大，不利于星上使用；为解决所述问题，本专利技术提供星载激光通信广角指向装置及方法。本专利技术提供的星载激光通信广角指向装置，包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。进一步，所述入射光源发射平行光，入射光未偏转时，沿凹面反射镜的光轴入射，入射光束偏转时，反射光束的偏转角度为：其中，为入射光束初始偏转角，ρ为曲面反射镜反射点处的曲率，电光偏转晶体位于光轴上，L为电光偏转晶体与凹面反射镜之间的距离。进一步，10≤ρL≤100。进一步，电光偏转晶体为砷化镓、碲化镉或者掺镁铌酸锂晶体中的任意一种。进一步，所述电光偏转晶体安装于可移动装置，所述可移动装置具有沿垂直光轴的方向移动的自由度。进一步，所述入射光源发射平行光，入射光未偏转时，平行于凹面反射镜的光轴入射，入射光束偏转时，反射光束的偏转角度为其中，为入射光束初始偏转角，L为电光偏转晶体与凹面反射镜之间的距离在光轴方向的投影，d为电光偏转晶体在垂直光轴方向移动的距离，r为凹面反射镜的半径。本专利技术还提供所述的星载激光通信广角指向装置的广角指向方法，包括：步骤一、计算出射激光捕捉装置相对于光源发射端的方位角；步骤二、调整入射光束初始偏转角和电光偏转晶体垂直凹面反射镜光轴方向的位置二者中的任意一个或者两个，使得反射光束的偏转角度大于或者等于所述方位角。本专利技术的优点包括：激光通信时，光源发射端出射出激光入射到凹面反射镜，根据Snell定律，出射光束的反射角与入射光束的入射角相同；入射角和反射角将随着曲面反射镜上反射点处的位置变化或者曲率变化而变化。可以根据需要来设置合适的反射镜的曲率半径。在卫星相对位置确定的条件下，通过调整入射激光的位置，可以实现大范围的激光指向；同时，选择凹面镜可以实现激光光束汇聚指向，在远距离传输时降低光斑尺寸，增加激光通信的传输距离。本专利技术所述的激光通信指向装置，无需大型的转台或者设计位置精密的反射板进行多次反射，结构简单；仅仅通过微调入射激光的入射角就能实现全天域的指向，大大简化了星载激光通信设备的复杂度，为实现小型化远距离星载激光通信提供支持。附图说明图1是本专利技术实施所提供星载激光通信广角指向方法的原理示意图；图2是本专利技术第一实施例所提供星载激光通信广角指向装置的结构示意图；图3是本专利技术第二实施例所提供星载激光通信广角指向装置电光偏转晶体移动方向示意图；图4是本专利技术第二实施例所提供星载激光通信快速广角指向装置的结构示意图；图5是本专利技术实施例所提供星载激光通信快速广角指向装置安装示意图。具体实施方式下文中，结合附图和实施例对本专利技术的精神和实质作进一步阐述。如图1所示，本专利技术实施所提供星载激光通信广角指向方法中，控制入射光束产生微小的偏转角入射到半径为r，曲率为ρ(ρ＝1/r)，圆心为C点的曲面反射镜。入射点P处的入射角为θ，根据反射定律，出射光束PP`相对于初始入射光线OO`的偏转角当入射偏转角很小的情况下其中L为激光光源偏转点到曲面反射镜定点的距离。可以看到，当入射偏转角较小的情况下，出射偏转角的大小主要是取决于凹面镜曲率ρ和L的变化。当ρ和L变大时，出射偏转角将相应变大，原理上可以通过设计凹面镜使得偏转很小的角度获取激光光线大角度的偏转，但如果ρ很大时，相应的凹面反射镜半径将会变小，加工难度较大；同时激光通信在传输信息时有一定大小的光斑，需要凹面反射镜上有着足够大的反射面才能保证光斑不同区域偏转角一致，这就要求凹面反射镜的曲率不能过大。另一方面，卫星尺寸结构有限，限制了L的大小。考虑到系统的可实施性，设置ρL可在10～100之间，这就使得当入射偏转角最大1度时，系统出射偏转角可达到100度的偏转角，基本可以覆盖足够大的区域，从而解决了星载激光通信设备覆盖范围不够大的瓶颈问题。此外，这种大范围激光通信技术不需要摆镜、转台类的机械部件，系统简单可靠，特别适合使用在卫星等航天设备之中。图2所示为本专利技术第一实施例所提供的星载激光通信广角指向装置的结构示意图，图5是本专利技术实施例所提供星载激光通信快速广角指向装置安装示意图。结合图5和图2，第一实施例所提供的星载激光通信广角指向装置包括：第一卫星105、第二卫星(未示出)、光源发射端103、出射激光捕捉装置(未示出)；还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜102；所述光源发射端103包括入射光源和电光偏转晶体101的组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。表1所示为本专利技术实施例提供的星载激光通信广角指向装置相对于传统激光通信系统的优点。具体地，该图表示出所公开的广角指向装置相对于传统激光通信指向装置的特征的优点。一个优点涉及专利技术系统的尺寸、质量与功耗。对于这些特征，所公开的广角指向装置尺寸仅为小于10cm，质量小于0.5kg，功耗小于0.5W。与之相对应的常规激光通信指向系统尺寸一般为10cm·10cm·10cm，质量大于5kg且功耗大于20W。第二个优点涉及到系统的指向方位，公开的广角指向系统其指向方位可达90°·90°以上，而常规激光通信指向系统一般指向方位小于60°·60°。第三个优点涉及到指向速度，公开的广角指向装置指向时间小于10s，而常规激光通信指向系统一般指向时间要大于1分钟。第四个优点涉及到系统的寿命，在太空环境中转台一般寿命为转动50000次左右，而电光晶体可以远超100000次加载电信号。表1继续参考图1，激光在产生后经过校正整形后通过电光偏转晶体101产生偏转，电光偏转晶体101可以是砷化镓、碲化镉或者掺镁铌酸锂晶体中的任意一种。凹面反射镜102是球形反射镜，其半径为r，曲率为ρ。激光的光轴为OO’，经过球面反射镜的球心C，电光偏转晶体在光轴OO’上到球面反射镜之间的距离为L。当电光偏转晶体101加上电压时，激光通过电光偏转晶体101将会发生偏转。随着加载在电光偏转晶体101上的电压增大，入射偏转角将会随之增大，相应的出射偏转角θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
星载激光通信广角指向装置，包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；其特征在于，还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。

【技术特征摘要】
1.星载激光通信广角指向装置，包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；其特征在于，还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。2.依据权利要求1所述的星载激光通信广角指向装置，其特征在于，所述入射光源发射平行光，入射光未偏转时，沿凹面反射镜的光轴入射，入射光束偏转时，反射光束的偏转角度为：其中，为入射光束初始偏转角，ρ为曲面反射镜反射点处的曲率，电光偏转晶体位于光轴上，L为电光偏转晶体与凹面反射镜之间的距离。3.依据权利要求2所述的星载激光通信广角指向装置，其特征在于，10≤ρL≤100。4.依据权利要求1所述的星载激光通信广角指向装置，其特征在于，电光偏转晶体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，郑珍珍，胡海鹰，朱永生，王威，盛蕾，陈起行，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31