一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法技术

本发明专利技术属于光电探测技术领域，具体涉及一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法。包括：步骤1、构建非独立信标光激光通信光学系统；步骤2、构建理想光斑，计量系统标定的基准值步骤3、构建系统真实运行环境，确定光路不变，确定温度、湿度不变；步骤4、采用光斑中心计算方法一，驱动验电陶瓷偏转镜，计量步骤5、多次测量计算采用非独立信标光激光通信光学天线子系统作为测量设备，使评判标准与实际使用环境耦合度更高，结果更具备参考性；采用信号光接收支路的信噪比SNR作为评判依据，所获得的系统标定基准值更客观、且有实际意义；本发明专利技术可作为通用的光斑中心计算方法误差及性能优劣的评判标准。心计算方法误差及性能优劣的评判标准。心计算方法误差及性能优劣的评判标准。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法


[0001]本专利技术属于光电探测
，具体涉及一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法。

技术介绍

[0002]空间激光通信设备采用信标光来标识各自的位置，能够快速捕获信标光是建立和维持激光通信链路的前提条件，其中，光学传感器需要能够实时、精确的计算光斑图像的中心位置。空间激光通信终端通常采用CCD、CMOS、SWIR等成像探测器来作为光电探测元器件，但是由于元器件本身的非线性、背景暗电平、读出噪声、随机光子起伏、以及光学元器件的加工和装调误差等，均会造成成像光斑分布极不规则乃至光斑破碎。上述现象会造成不同的光斑检测算法输出的光斑坐标有较大的偏差，不同的光斑坐标值会导致激光通信终端接收到的信号光强度偏差很大，进而影响激光通信链路的可靠性。
[0003]传统的光斑中心计算方法仅依赖图像本身，并且与实际应用环境的耦合度较低，缺少客观的评价标准。常用的光斑中心计算误差判定方法是：首先采用同一位置的同一光斑多次拍摄采样图片计算求取均值的方法来近似测量真实光斑中心位置，然后以此位置坐标与不同光斑中心算法的结果之间的差值来评判不同算法的误差情况及性能的优劣。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法。
[0005]本专利技术涉及的信标光中心坐标计算的性能评价方法是通过构建一种基于非独立信标光的空间激光通信光学天线子系统，在相同的条件下，采用不同的光斑中心计算方法获得光斑中心坐标，并评测误差情况，具体步骤如下。
[0006]一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法，其特征在于，包括：
[0007]步骤1、构建非独立信标光激光通信光学系统；
[0008]步骤2、构建理想光斑，计量系统标定的基准值
[0009]步骤3、构建系统真实运行环境，确定光路不变，确定温度、湿度不变；
[0010]步骤4、采用光斑中心计算方法一，驱动验电陶瓷偏转镜，计量步骤4、采用光斑中心计算方法一，驱动验电陶瓷偏转镜，计量
[0011]步骤5、多次测量计算
[0012]进一步的，步骤1中所述非独立信标光激光通信光学系统包括主望远镜、信号光接收支路和信标光接收支路，光路由压电陶瓷偏转镜反射；
[0013]信号接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到光纤耦合支路镜头到接收光纤；信号接收支路接收的信号光聚焦接收，
其接收光束可认为是平行光，接收系统需要计算耦合效率和系统的信噪比SNR；
[0014]信标接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到探测接收支路镜头，到光斑成像中心计算模块。信标接收支路接收的信标光聚焦在光电转换成像探测器靶面上，其接收光束也可认为是平行光，最终光斑的形状需要覆盖大于4*4个像元尺寸，来保证算法细分精度。
[0015]进一步的，步骤3.1、用不同光斑中心算法进行计算。记录测量当前环境的温度和湿度，根据成像探测器感光波段选用对应的激光光源，选用滤光片，减少杂光，并保证光路与“步骤2”中描述情况一致，微调镜头焦距，使光斑能够清晰成像于成像探测器靶面；
[0016]步骤3.2、驱动压电陶瓷偏转镜，参照“步骤2”调整光斑运行轨迹，并记录选取最大的SNR值以及对应的坐标值以及对应的坐标值
[0017]步骤3.3、变换光斑中心计算方法，在相同的温度和湿度条件下，重复上述过程并记录
[0018]进一步的，步骤4中为排除误差变化规律出现的偶然性，需多次测量取平均并进行比较；此外，改变激光光源的入射角度，使光斑在成像探测器靶面上的位置偏移，再次重复“步骤2、步骤3”过程。
[0019]进一步的，步骤5中将多次测量值与标定的基准值计算标准差，标准差的大小即为误差σ，由贝塞耳公式，多次测量光斑质心的标准差为：
[0020][0021][0022][0023]σ的数值大小表征光斑中心计算方法性能的优劣，σ的数值越小，算法的性能越好。
[0024]本专利技术所达到的有益效果为：
[0025]1、采用非独立信标光激光通信光学天线子系统作为测量设备，使评判标准与实际使用环境耦合度更高，结果更具备参考性。
[0026]2、采用信号光接收支路的信噪比SNR作为评判依据，所获得的系统标定基准值更客观、且有实际意义。
[0027]3、本专利技术可作为通用的光斑中心计算方法误差及性能优劣的评判标准。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的光学天线原理示意图；
[0029]图2是本专利技术的光斑螺旋曲线行程图；
[0030]图3是本专利技术的工作流程图。
具体实施方式
[0031]为便于本领域的技术人员理解本专利技术，下面结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0032]本专利技术涉及的信标光中心坐标计算的性能评价方法是通过构建一种基于非独立信标光的空间激光通信光学天线子系统，并通过与激光通信信号光紧密耦合来评价信标光中心计算方法的误差性能。
[0033]本专利技术详述实例结合经典的质心法、形心法等进行说明，具体步骤如下：
[0034]步骤一、构建一套基于非独立信标光的空间激光通信光学天线子系统，光学系统的整体布局及功能需求如图1所示。该部分主要由3 部分组成：主望远镜、信号光接收支路、信标光接收支路(含图像探测器)，其中支路由精跟踪镜反射。信标光支路与信号光支路分光比为1:9。
[0035]信号接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到光纤耦合支路镜头到接收光纤；信号接收支路接收的信号光聚焦接收，其接收光束可认为是平行光，接收系统需要计算耦合效率和系统的信噪比SNR；
[0036]信标接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到探测接收支路镜头，到光斑成像中心计算模块。信标接收支路接收的信标光聚焦在光电转换成像探测器靶面上，其接收光束也可认为是平行光，最终光斑的形状需要覆盖大于4*4个像元尺寸，来保证算法细分精度。
[0037]步骤二、构建不同算法的误差评价基准依据。采用1550nm激光器作为光源，InGaAs焦平面探测器(SWIR)作为成像探测器。在暗场环境下，调整激光器光源强度，使成像探测器能清晰成像，输出的光斑图像为近似理想的圆形光斑、服从高斯分布。在该条件下，不同光斑中心计算方法获得的中心坐标之间的差值小于0.01个像元，该误差对激光通信系统的误差可以忽略不计。可将该坐标值标记为 (x,y)。
[0038]驱动压电陶瓷偏转镜，使光斑在成像探测器靶面上以螺旋曲线方式运动，每次运动角度为θ＝180
×
rad/π，则在成像探测器靶面上，光斑坐标应该平移距离为Δl1＝f
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tanθ，f为光学系统焦距。观测信号光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法，其特征在于，包括：步骤1、构建非独立信标光激光通信光学系统；步骤2、构建理想光斑，计量系统标定的基准值步骤3、构建系统真实运行环境，确定光路不变，确定温度、湿度不变；步骤4、采用光斑中心计算方法一，驱动验电陶瓷偏转镜，计量步骤4、采用光斑中心计算方法一，驱动验电陶瓷偏转镜，计量步骤5、多次测量计算2.根据权利要求1所述的一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法，其特征在于：步骤1中所述非独立信标光激光通信光学系统包括主望远镜、信号光接收支路和信标光接收支路；信号接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到光纤耦合支路镜头到接收光纤；信标接收支路：光线由光学天线进入，经过压电陶瓷偏转镜偏转，经过两个滤光片，经分束片进入到探测接收支路镜头，到光斑成像中心计算模块。3.根据权利要求1所述的一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法，其特征在于：步骤2.1、中调整激光器光源强度，使成像探测器能清晰成像，输出的光斑图像为圆形光斑、服从高斯分布，坐标值标记为(x,y)；步骤2.2、驱动压电陶瓷偏转镜，使光斑在成像探测器靶面上以螺旋曲线方式运动，每次运动角度为θ＝180
×
rad/π，则在成像探测器靶面上，光斑坐标应该平移距离为Δl1＝f
×
tanθ，f为光学系统焦距。观测信号光支路系统的SNR，待SNR值稳定后，记录该值SNR1并读取该点坐标值(x1，y1)，并依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾蕴，吴世臣，丰大强，王健隆，郑晓明，王桢，颜琦琦，孟昊博，徐勤健，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：