用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法技术

本发明专利技术公开了用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，通过对收发通道有限元分析结果进行坐标变换和处理可以实现激光终端设计阶段收发通道多光轴同轴度各工况下的仿真计算，对计算结果进行判读以完成收发通道的设计优化迭代，本发明专利技术的方法解决了之前由于只能进行激光通信终端收发通道多光轴同轴度测试工作，无法提前识别设计不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法
本专利技术属于空间激光通信
，具体涉及用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法。
技术介绍
空间激光通信是以激光作为信息的载体进行数据、声音、图像传输的通信技术，具有传输速率高、保密性好、抗干扰能力强、方便灵活组网等优点，是一种极具竞争力的新兴通信技术。典型的激光通信终端由粗指向机构、光学天线和收发通道组成，其中粗指向机构为二维转动机构，用于激光终端的角度位置指向；光学天线为望远系统，用于激光光束的准直扩束和缩束；收发通道由分光组件、光学支路和探测器组成，用于激光信号的发射和接收。从功能上，收发通道由信标发射系统、信号发射系统、信标接收系统和信号接收系统组成，通过分光/合束的方式进行设计。各系统由光学支路、分光镜、折轴镜和探测器组成，上述每个系统对应各自的光轴，因此，激光通信终端收发通道是一个多光轴系统。激光通信终端收发通道对各光轴的同轴度有极其严格的要求，希望信标/信号接收系统接收到对方的入射光后，信标/信号发射光束能够精准的对准对方的视轴，这样可以快速的建立空间激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤1、建立激光通信终端收发通道结构模型，建立激光通信终端收发通道的全局坐标系和内部各个部组件的局部坐标系，创建激光通信终端收发通道有限元模型，完成各温度变化和装调误差条件下的结构有限元仿真计算，得到收发通道的变形结果；/n步骤2、利用收发通道的变形结果，提取收发通道壳体底面节点在全局坐标系下变形前、后三个坐标轴方向的坐标值，通过建立正则方程组、利用广义逆矩阵方法计算基础刚体位移；/n步骤3、针对收发通道的变形结果，提取收发通道内各光学支路、分光镜、折轴镜表面节点在全局坐标系下变形前、后三个坐标轴方向的坐标值...

【技术特征摘要】
1.用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1、建立激光通信终端收发通道结构模型，建立激光通信终端收发通道的全局坐标系和内部各个部组件的局部坐标系，创建激光通信终端收发通道有限元模型，完成各温度变化和装调误差条件下的结构有限元仿真计算，得到收发通道的变形结果；
步骤2、利用收发通道的变形结果，提取收发通道壳体底面节点在全局坐标系下变形前、后三个坐标轴方向的坐标值，通过建立正则方程组、利用广义逆矩阵方法计算基础刚体位移；
步骤3、针对收发通道的变形结果，提取收发通道内各光学支路、分光镜、折轴镜表面节点在全局坐标系下变形前、后三个坐标轴方向的坐标值，然后用变形后的坐标值减去由于收发通道壳体底面基础刚体位移带来的位移变化量，得到变形后各部组件表面节点相对于收发通道壳体底面的坐标值，对各部组件表面节点变形前的坐标值和变形后相对于收发通道壳体底面的坐标值进行全局坐标系到局部坐标系的变换，得到各部组件在局部坐标系下的变形前、后坐标值；
步骤4、利用各部组件在局部坐标系下的变形前、后坐标值，建立正则方程组、利用广义逆矩阵方法计算各部组件在局部坐标系下的刚体位移；
步骤5、根据各部组件局部坐标系下的刚体位移和收发通道光学系统图分别计算信标发射系统、信号发射系统、信标接收系统和信号接收系统的光轴变化，以信号接收光轴为基准计算得到收发通道各光轴的同轴度。


2.根据权利要求1所述用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，所述激光通信收发通道包括收发通道壳体、多个分光镜、多个折轴镜、多个光学支路、多个探测器，光学支路包括信标接收支路、信标发射支路、信号发射支路、信号接收支路，所述收发通道壳体内通过螺钉连接多个分光镜、多个折轴镜、多个光学支路、多个探测器，所述多个分光镜、多个折轴镜、多个光学支路、多个探测器根据实际光学需求布局。


3.根据权利要求2所述用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，所述激光通信终端收发通道的全局坐标系的原点位于收发通道壳体底面的形心，+Z轴垂直于底面指向收发通道内部，+X轴平行于信号发射支路，指向光束发射方向，坐标系符合右手法则。


4.根据权利要求3所述用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，所述内部各个部组件的局部坐标系包括分光镜坐标系、折轴镜坐标系、光学支路坐标系；
分光镜坐标系为：在分光镜的反射镜面建立的局部坐标系，坐标原点为镜面的形心，镜面法向为+Y轴，+Z轴垂直于壳体底面指向分光镜，坐标系符合右手法则；
折轴镜坐标系为：在反射镜面建立局部坐标系，坐标系原点为反射镜面形心，坐标系定义方法与分光镜一致；
光学支路坐标系为：在光学支路结构前端面建立局部坐标系，坐标系原点为前端面形心，坐标系定义方法与分光镜一致。


5.根据权利要求4所述用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，步骤2中，所述基础刚体位移表示为收发通道壳体底面全局坐标系下沿三个坐标轴的位移变化值T0x，T0y和T0z及绕三个坐标轴的角度变化值R0x，R0y和R0z。


6.根据权利要求5所述用于激光通信终端收发通道多光轴同轴度的仿真计算方法，其特征在于，所述计算基础刚体位移的方法为：
通过将收发通道壳体底面节点的实际变形量与收发通道壳体底面作为一个刚体的假定变形量进行匹配，利用各节点的具体对应关系建立正则方程组，通过逆矩阵方法求解正则方程组得到最小二乘法解作为基础刚体位移；
正则方程组为：



其中，D0xi、D0yi、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张缓缓，张建华，田棋杰，王静，王肖，宋延松，呼新荣，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61