【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，具体涉及一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置与方法。
技术介绍
1、捕获是激光通信系统建链的首要环节，捕获时间和捕获概率是衡量激光通信系统的重要指标。捕获不确定区域(foua)是决定捕获时间和捕获概率的重要因素，而捕获不确定区域主要受到平台姿态预测误差、对方终端的位置预测误差、终端的指向标定误差、安装误差等因素的影响。特别是对于低轨卫星，由于受摄动的影响带来对方终端的位置预测误差变大；卫星频繁在日照区和阴影区交替运行，其卫星表面环境温度的变化造成安装误差的变大；平台姿态的变化造成平台姿态预测误差增大。上述因素都将造成捕获不确定区的增大，有时超过1mrad，甚至到达3～5mrad。接收视场可采用大面阵探测器和短焦距光学系统设计容易实现10mrad以上，但激光发射束散角越大，则到达对方终端的功率就越小，直接影响探测概率。因此采用中等发射束散角的激光进行扫描，但扫描时间过长，由于平台振动、安装误差等影响容易出现漏扫的情况，从而影响捕获概率。与传统机械式扫描跟踪技术相比，光学相控阵技术具有扫描灵活、偏转速度快、指向精度高、空间分辨率高等优点。在空间激光通信、激光雷达和光电对抗等领域具有广泛的应用前景，尤其是其体积小、重量轻、功耗低，倍受空间激光通信系统的青睐。
2、为降低捕获时间，西安空间无线电技术研究所(cn 105356943一种激光通信捕获跟踪系统及捕跟方法)提出了将可变焦液晶透镜与液晶光学相控阵和液晶光楔相结合的方法，在捕获和跟踪过程对光束发散角进行自适应控制，在确保跟踪精度的同时，有效提
3、为提高捕跟精度，西安空间无线电技术研究所(cn 104092494一种高精度光学相控阵捕跟系统)提出了采用液晶光学相控阵和液晶光楔相联合，实现离散扫描和连续扫描相结合，可提高捕跟精度，但并不能降低捕获时间。
4、因此，需要一种快速可靠的激光通信捕获装置和方法。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决传统的机械式扫描速度慢，特别是捕获不确定区域较大造成捕获时间长、捕获概率低的问题，提供一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置与方法，通过大视场信标光接收和光学相控阵快速扫描采用凝视——扫描捕获方式，实现目标大捕获不确定区域的快速和可靠捕获。
2、本专利技术提供一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，包括扫描方激光通信系统终端a，设置在扫描方激光终端一侧的信标光发射单元、大视场信号光探测单元和扫描方伺服跟踪单元，凝视方激光通信系统终端b，设置在凝视方激光终端b一侧的大视场信标光探测单元、凝视方伺服跟踪单元；
3、大视场信号光探测单元的探测波段可覆盖接收信号光的波长并进行成像后得到光斑位置信息，大视场信号光探测单元探测视场大于凝视方激光通信系统终端b的不确定区；
4、大视场信标光探测单元的探测波段覆盖信标光发射单元输出信标光的波长并可对接收到的信标光进行成像给出光斑位置信息，大视场信标光探测单元的探测视场大于扫描方激光通信系统终端a的不确定区；
5、扫描方伺服跟踪单元和凝视方伺服跟踪单元根据目标在探测器靶面的成像位置分别带动扫描方激光通信系统终端a、凝视方激光通信系统终端b的接收光轴指向对方目标。
6、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，作为优选方式，信标光发射单元包括依次光连接的信标光激光器、准直器和光学相控阵天线；
7、信标光激光器发射信标光经准直器准直后由光学相控阵天线发射。
8、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，作为优选方式，信标光激光器的激光束散角为mrad量级，光学相控阵天线的扫描范围大于不确定区域、系统响应时间＜10ms；
9、光学相控阵天线为以下任意一种：级联液晶偏振光栅、液晶光学相控阵、体布拉格光栅、光波导、光纤相控阵和双折射棱镜。
10、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，作为优选方式，大视场信号光探测单元为ccd探测器或红外焦平面探测器；
11、大视场信标光探测单元为cmos探测器或ccd探测器：扫描方伺服跟踪单元和凝视方伺服跟踪单元均为通用激光通信终端的atp系统。
12、本专利技术提供一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，包括以下步骤：
13、s1、扫描方激光通信系统终端a和凝视方激光通信系统终端b根据对方可能出现的位置进行初始指向，设置在扫描方激光通信系统终端a一侧的信标光发射单元发射信标光，同时凝视方激光通信系统终端b发射凝视方信号光；
14、s2、信标光发射单元利用光学相控阵快速偏转特性在凝视方激光通信系统终端b的目标不确定区域进行扫描；
15、s3、大视场信标光探测单元接收到信标光后根据信标光的光斑位置驱动与凝视方激光通信系统终端b相连的凝视方伺服跟踪单元进行凝视方激光通信系统终端b的光轴精确调整；
16、s4、扫描方激光通信系统终端a的大视场信号光探测单元接收到凝视方信号光后，根据凝视方信号光的光斑位置驱动与扫描方激光通信系统终端a连接的扫描方伺服跟踪单元进行扫描方激光通信系统终端a光轴精确调整，同时发射扫描方信号光；
17、s5、凝视方激光通信系统终端b捕获扫描方信号光后，信标光发射单元不再发射信标光，扫描方激光通信系统终端a和凝视方激光通信系统终端b利用信号光实现精跟踪与通信，一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法完成。
18、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，作为优选方式，步骤s3中，凝视方激光通信系统终端b光轴精确调整的方法为：通过调整凝视方伺服跟踪单元使捕获的信标光位于凝视方伺服跟踪单元的探测器中心；
19、步骤s4中，扫描方激光通信系统终端a光轴精确调整的方法为：通过调整扫描方伺服跟踪单元使捕获的凝视方信号光位于扫描方激光通信系统终端a的探测器中心；
20、步骤s5中，当凝视方激光通信系统终端b捕获的扫描方信号光位于探测器中心，同时扫描方激光通信系统终端a捕获的凝视方信号光也位于探测器中心时，扫描方激光通信系统终端a和凝视方激光通信系统终端b利用信号光实现精跟踪与通信。
21、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，作为优选方式，其特征在于：
22、tt1＝tt2＝r/c；
23、其中，tt1为扫描方信标光传输时间，tt2为凝视方信号光传输时间和扫描方信号光传输时间，r为通信距离，c为光速。
24、本专利技术所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，作为优选方式，步骤s3、s4中，凝视方激光通信系统终端b和扫描方激光通信系统终端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：包括扫描方激光通信系统终端A，设置在所述扫描方激光终端一侧的信标光发射单元(1)、大视场信号光探测单元(2)和扫描方伺服跟踪单元(3)，凝视方激光通信系统终端B，设置在凝视方激光终端B一侧的大视场信标光探测单元(4)、凝视方伺服跟踪单元(5)；
2.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：所述信标光发射单元(1)包括依次光连接的信标光激光器(11)、准直器(12)和光学相控阵天线(13)；
3.根据权利要求2所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：所述信标光激光器(11)的激光束散角为mrad量级，所述光学相控阵天线(13)的扫描范围大于不确定区域、系统响应时间＜10ms；
4.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速可靠捕获装置与方法，其特征在于：所述大视场信号光探测单元(2)为CCD探测器或红外焦平面探测器；
5.一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：>
6.根据权利要求5所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：步骤S3中，所述凝视方激光通信系统终端B光轴精确调整的方法为：通过调整所述凝视方伺服跟踪单元(5)使捕获的所述信标光位于所述所述凝视方伺服跟踪单元(5)的探测器中心；
7.根据权利要求6所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：
8.根据权利要求6所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：步骤S3、S4中，所述凝视方激光通信系统终端B和所述扫描方激光通信系统终端A的光轴调整过程依次包括：加速过程、最大速度调转过程、减速过程和稳定运动过程；
9.根据权利要求6所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：总捕获概率PA为：
10.根据权利要求9所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获方法，其特征在于：可通过使用大视场信标光探测单元和大视场信号光探测单元提高所述视场覆盖率PU；
...【技术特征摘要】
1.一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：包括扫描方激光通信系统终端a，设置在所述扫描方激光终端一侧的信标光发射单元(1)、大视场信号光探测单元(2)和扫描方伺服跟踪单元(3)，凝视方激光通信系统终端b，设置在凝视方激光终端b一侧的大视场信标光探测单元(4)、凝视方伺服跟踪单元(5)；
2.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：所述信标光发射单元(1)包括依次光连接的信标光激光器(11)、准直器(12)和光学相控阵天线(13)；
3.根据权利要求2所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速捕获装置，其特征在于：所述信标光激光器(11)的激光束散角为mrad量级，所述光学相控阵天线(13)的扫描范围大于不确定区域、系统响应时间＜10ms；
4.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的激光通信系统快速可靠捕获装置与方法，其特征在于：所述大视场信号光探测单元(2)为ccd探测器或红外焦平面探测器；
5.一种基于光学相控阵的激光通...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，范峰，张靓，李晓亮，于勇，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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