[發明專利]在軌空間光通信終端像差補償方法

有效

• 申請號: 201310381838.5
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103441798A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 于思源;劉永凱;胥全春;趙生;馬晶;譚麗英;俞建杰;楊清波;柳青峰;周彥平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04B10/118
• 分類號: H04B10/118;H04B10/07
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種像差補償方法，具體涉及在軌空間光通信終端像差補償方法。

背景技術

自1960年激光器誕生以來，光電子事業開始蓬勃發展。光學已開始在醫療、工業加工、測量、通信、電力等諸多領域服務社會。隨著現代社會對信息的需求日益增加，光通信技術已成為人們關注與研究的重點。

隨著衛星技術的不斷發展，衛星對通訊數據率的需求也不斷提高。衛星光通信因其通信數據率高、保密性好、抗干擾能力強、終端體積小、功耗低等優點已成為美國、日本及歐洲等國家和地區研究的熱點。光通信主要分為光纖通信與衛星光通信（無線光通信）。光纖通信技術現已比較成熟，并已經到投入到社會生產生活當中。而衛星光通信則仍在積極的探索與實踐中。衛星光通信與普通衛星通信（微波通信）相比，有著其自身的特點。衛星光通信的優點在于：通信數據率高（可達2～5Gb/s）、抗干擾能力強、保密性好、通信終端體積、功耗與重量遠遠小于微波通信等。當然，衛星光通信也存在其自身的問題，即衛星與地面的激光通信鏈路受大氣及降雨影響比較大。然而這些問題可以通過加設地面站及通過中繼星通信等光通信組網技術來解決。

在衛星光通信系統中，瞄準、捕獲、跟蹤（PAT）技術是關系到激光通信鏈路能否建立的關鍵技術。影響PAT技術的一個關鍵參量是通過跟蹤傳感器對對準角度的測量，其實質是通過圖像傳感器對信標光斑圖像灰度質心的計算。

衛星激光通信系統是工作在光學衍射極限、通信距離極限及光電探測極限條件下高靈敏度的通信系統。為保證通信鏈路在如此苛刻的條件下具有良好的通信性能，系統對衛星光通信終端的各項性能指標及光束的質量都有極高的要求。

由于在軌環境影響及發射后一些不可預知因素的原因，衛星光通信終端即使在隨航天器15發射前進行過地面像差補償，但在在軌運行期間仍然有可能產生新的像差，這些像差對信標光斑成像的影響會光斑灰度質心定位的精度。由于光斑灰度質心是影響角度探測的關鍵量，因此如果不對這些新產生的像差對光斑質心定位的影響進行及時的修正，光斑灰度質心的定位不準確將直接影響通信的瞄準捕獲跟蹤過程，嚴重時甚至可能導致通信鏈路的中斷。

因此，為了實現高質量的空間光通信，需要在光通信終端在隨航天器15發射之后仍然能夠消除系統中信產生的像差對光斑質心定位影響。通過在光通信終端光學系統中加裝自適應系統來自動校正可以實現上述目的。但是由于自適應系統不僅造價昂貴，而且在終端中加裝該系統還會帶來額外的功耗，增加終端體積及重量的同時也增加了終端發射的成本。因此目前還沒有空間光通信終端加裝自適應系統的案例。

發明內容

本發明為了解決現有的空間光通信終在軌運行期間產生新的像差導致通信鏈路的中斷的問題，從而提出了在軌空間光通信終端像差補償方法。

在軌空間光通信終端像差補償方法，所述的空間光通信終端包括望遠鏡、第一分光棱鏡、整形透鏡組和CMOS圖像傳感器，

入射至望遠鏡的光束經壓縮后入射至第一分光棱鏡，

經第一分光棱鏡折射的基準光束經整形透鏡組入射至CMOS圖像傳感器，

該方法包括地面測試模擬階段和在軌修正階段兩個階段；

所述的地面測試模擬階段包括下述步驟：

步驟一、采用主控計算機向編碼器發送編碼指令，同時控制半導體激光器發光，編碼器為半導體激光器提供調制信號，所述的半導體激光器的光纖發射頭位于平行光管的焦點上，主控計算機的圖像信號端連接CMOS圖像傳感器的圖像信號端，執行步驟二；

步驟二、將波前傳感器放置于平行光管的出光口，使經平行光管的原始光束入射至波前傳感器表面的探測區域，主控計算機根據波前傳感器采集的波形信號進行測量，獲得原始光束波前像差的澤尼克多項式系數A，并存儲該澤尼克多項式系數A，執行步驟三；

步驟三、將空間光通信終端的望遠鏡的入光口與平行光管的出光口的對準角度為0rad，使經平行光管的激光入射至望遠鏡的入光口，執行步驟四；

步驟四、采用主控計算機讀取CMOS圖像傳感器采集的基準光圖像信號，將所述的基準光束圖像信號的光斑質心坐標作為坐標a_k，并存儲該光斑質心坐標作為坐標a_k，執行步驟五；

其中，k表示望遠鏡的入光口與平行光管的出光口的對準角度調整的次數，k的初值為1，k=1，2，……，120；a_k為第k次調整望遠鏡的入光口與平行光管的出光口的對準角度時的基準光束圖像信號的光斑質心坐標作為坐標，