一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法技术方案

本申请公开了一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，涉及空间激光通信技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法


[0001]本申请涉及空间激光通信
，具体涉及一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法
。

技术介绍

[0002]卫星激光通信系统是在自由空间中利用激光作为信息传输的载体，要实现信号的发送
、
接收以及光束的精对准，需要信标光与信号光来共同完成
。
由于激光光束在长距离传播过程中发散角很小，极易产生动态变化，因此要实现光束精确对准十分困难，尤其是作为运动卫星间的光通信，完成收发光束的对准
、
捕获
、
跟踪
(PAT)
就成为自由空间激光通信最关键技术，是保障卫星激光通信系统建立可靠激光通信链路的主要技术手段之一
。
在空间激光通信系统的链路中，针对捕获的目标进行实时跟踪，有效抑制因光束大范围运动和高频率抖动引起的光束扰动，实现对目标的精准定位，从而建立可靠的激光通信链路，直接决定光信号是否能够成功传输，而对信标光入射光斑质心位置进行高精度定位及检测也成为
PAT
系统中的关键核心技术
。
[0003]四象限探测器是现在惯用的一种位置敏感探测器件，它具有探测灵敏度和空间分辨率高
、
光谱和探测范围宽
、
不受外界环境影响作用能力强
、
设备体积小
、
反应时间短
、
功率损耗低
、
使用方便等特点，使其在目标光斑位置探测系统中越来越多的被研究和使用，如：激光制导系统
、
光镊

、
精密测量领域和卫星激光通信系统等
。
[0004]入射到四象限探测器光敏面的光斑质心位置检测精度主要由光斑中心位置距离四象限探测器靶面中心远近和照射到探测器靶面上的光斑大小决定
。
而激光光束在长距离传播过程中受干扰因素较大，当光斑半径未知时会使检测精度计算误差较大，且没有办法消除由光斑半径改变带来的计算误差，系统对光斑质心的位置解算以及脱靶量计算会导致光斑位置变化范围受限，因此会出现两个通信端机的瞄准跟踪过程受到限制，基于此，本申请提出一种基于四象限探测器的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于：为解决上述
技术介绍
中所提出的问题，本申请提供了一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法
。
[0006]本申请为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
S100、
将激光光束照射到目标表面上，形成一个目标光斑；
[0009]步骤
S200、
不断感知和检测目标光斑，通过四象限探测器接收光斑信号，并将其转换为电信号；
[0010]步骤
S300、
将采集到的电信号经过前置放大电路和卡尔曼滤波处理后，输出电平信号；
[0011]步骤
S400、
利用微动定位算法，分析电平信号确定光斑的位置偏移量和角度信息，
通过计算光斑位置脱靶量生成振镜所需的偏转位置信号；
[0012]步骤
S500、
将目标光斑质心位置的偏离角度和坐标信息输出给振镜伺服控制系统；
[0013]步骤
S600、
振镜伺服控制系统接收相应的的光斑位置和方向参数，并根据光斑质心的脱靶量进行相应的调整，振镜伺服控制系统实现瞄准调整
[0014]进一步地，所述步骤
S100
中，激光光束为光学单元提供的入射光斑，入射光斑为信标光照射，通过将信标光光束照射到四象限探测器光敏面上，形成目标光斑
。
[0015]进一步地，所述步骤
S200
中，基于四象限探测器将入射光斑在四个象限上的能量分布，由各象限分别输出与之对应的光电流和电压信号
。
[0016]进一步地，所述步骤
S200
还包括当四象限探测器接收正确的光斑信号后，将光电流通过一个
A/D
转换器将光信号转换为数字信号
。
[0017]进一步地，所述步骤
S300
中，通过阻前置放大电路作为光电前置放大器，将每个象限输出的光电流转换为放大的电压信号
。
[0018]进一步地，所述步骤
S400
中，当入射光斑照射到四象限探测器光敏面上时四象限探测器的四个象限都有光信号输出时，利用微动法计算获得光斑位置坐标，获得有效探测区间：
[0019][0020]并得到近似光斑半径为：
[0021][0022]其中为
x
轴
Δ
U
x
微动前后得
QD
输出电压差；
Δ
U
y
为
y
轴微动前后得
QD
输出电压差；
x0为光斑中心横坐标；
y0为光斑中心纵坐标；
Δ
x
为
QD
沿
x
轴正方向移动一个微小量；
y
为
QD
轴正方向移动一个微小量；
QD
为四象限探测器
。
[0023]进一步地，所述步骤
S400
中的偏转位置信号指基于所述数字信号进行脱靶量的解算和跟踪执行量的换算生成振镜所需偏转的位置信号，其中位置信号包括：
[0024]当有脱靶量时，进行跟踪执行量的换算生成振镜所需的位置信号；
[0025]当没有脱靶量时，控制所述振镜以使在产生脱靶量
。
[0026]进一步地，所述步骤
S500
中，位置信号生成方法如下：
[0027]当有脱靶量时，跟踪模块会通过同步采集互阻前置放大器输出的电压信号，并将其转换为数字偏移量；
[0028]数字偏移量通过换算计算出光斑的方位角和俯仰角；
[0029]基于计算得到的方位角和俯仰角，生成振镜所需的位置信号
。
[0030]本申请的有益效果如下：
[0031]本申请通过采用四象限探测器可产生连续电信号形成连续位置偏差量的原理，与振镜结合，在精跟阶段对激光光斑实现快速精准检测，极大地提高了光轴地对准效果；有效的降低由光斑中心位置远离四象限探测器靶面中心和光斑半径变化引起的计算误差
。
附图说明
[0032]图1是本专利技术所提供的基于四象限探测器的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位的跟踪定位示意图
。
具体实施方式
[0033]为使本申请实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S100、
将激光光束照射到目标表面上，形成一个目标光斑；步骤
S200、
不断感知和检测目标光斑，通过四象限探测器接收光斑信号，并将其转换为电信号；步骤
S300、
将采集到的电信号经过前置放大电路和卡尔曼滤波处理后，输出电平信号；步骤
S400、
利用微动定位算法，分析电平信号确定光斑的位置偏移量和角度信息，通过计算光斑位置脱靶量生成振镜所需的偏转位置信号；步骤
S500、
将目标光斑质心位置的偏离角度和坐标信息输出给振镜伺服控制系统；步骤
S600、
振镜伺服控制系统接收相应的的光斑位置和方向参数，并根据光斑质心的脱靶量进行相应的调整，振镜伺服控制系统实现瞄准调整
。2.
根据权利要求1所述的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，其特征在于，所述步骤
S100
中，激光光束为光学单元提供的入射光斑，入射光斑为信标光照射，通过将信标光光束照射到四象限探测器光敏面上，形成目标光斑
。3.
根据权利要求2所述的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，其特征在于，所述步骤
S200
中，基于四象限探测器将入射光斑在四个象限上的能量分布，由各象限分别输出与之对应的光电流和电压信号
。4.
根据权利要求3所述的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，其特征在于，所述步骤
S200
还包括当四象限探测器接收正确的光斑信号后，将光电流通过一个
A/D
转换器将光信号转换为数字信号
。5.
根据权利要求4所述的空间激光通信组网精跟踪系统瞄准定位方法，其特征在于，所述步骤
S300
中，通过阻前置放大电路作为光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，郗浚涵，刘轩，杨阳，于斯宇，王晚秋，王惠绩，
申请(专利权)人：苏州精视智为光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：