[發(fā)明專利]一種高精度光學相控捕跟系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104092494A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 譚慶貴;汪相如;李小軍;蔣煒;梁棟;朱忠博;竇金芳
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;G02F1/29
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發(fā)明涉及一種高精度光學相控捕跟系統(tǒng)，屬于衛(wèi)星激光通信和激光雷達等技術領域。

背景技術

近年來空間激光通信技術得到快速發(fā)展，國外已成功建立空間激光通信鏈路。目前國內(nèi)外研究的空間激光通信鏈路主要采用機械式捕跟系統(tǒng)和傳統(tǒng)式捕獲跟蹤技術，為點對點的單鏈路激光通信鏈路。機械式捕跟系統(tǒng)及光學天線體積大、笨重，而且慣性大，難以實現(xiàn)快速捕獲。隨著空間激光通信技術的發(fā)展，新型空間激光通信系統(tǒng)不僅需要進一步降低激光通信終端的體積、重量和功耗，而且需要大大降低捕獲時間。對于空間激光通信鏈路，由于鏈路距離長，光束波束窄，需要很高的跟蹤精度。

相控陣技術已在微波系統(tǒng)中得到成功應用。液晶光學相控陣不僅可以實現(xiàn)非機械式捕跟控制，將捕獲時間提高到秒量級，解決空間激光通信鏈路光束的快速、靈活控制問題，而且可以大幅降低激光通信終端的體積、重量和功耗，使光電系統(tǒng)的集成度更高，制造成本更低，在空間激光通信等領域具有重要的應用價值。

目前主要采用多個液晶光學相控陣級聯(lián)的方式實現(xiàn)空間激光通信系統(tǒng)的捕獲跟蹤功能，但是由于液晶光學相控陣所加電壓是離散的，其光束偏轉控制精度受限，難以滿足空間激光通信高跟蹤精度要求。研究基于液晶光學相控陣和液晶光楔的高精度光學相控捕獲跟蹤系統(tǒng)，促進傳統(tǒng)激光通信捕獲跟蹤技術和捕跟系統(tǒng)設計方法的變革，具有重要的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有液晶光學相控陣光束偏轉控制精度受限問題，提供一種高精度光學相控捕跟系統(tǒng)，采用液晶相控陣和液晶光楔級聯(lián)的方式，實現(xiàn)空間激光通信系統(tǒng)快速捕獲、高精度跟蹤。

本發(fā)明的技術方案是：一種高精度光學相控捕跟系統(tǒng)，包括液晶相控陣、液晶光楔、液晶光學相控陣波控器、液晶光楔波控器、偏振分束器、分束器、數(shù)據(jù)發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)接收模塊、粗捕獲探測模塊、精跟蹤探測模塊；液晶光學相控陣和液晶光楔相互平行，并與入射光光軸垂直放置；所述液晶光學相控陣和液晶光楔通光口徑相同，液晶光學相控陣和液晶光楔光軸重合；在空間激光通信鏈路的激光發(fā)射終端，光發(fā)射模塊發(fā)出的光束依次通過液晶光楔和液晶光學相控陣，液晶光學相控陣根據(jù)預先設定的掃描方式控制光束對預置不確定區(qū)進行掃描，空間激光通信鏈路的激光接收終端接收到激光發(fā)射終端發(fā)出的光信號后向光發(fā)射終端發(fā)送光信號，對激光發(fā)射端進行波束掃描。激光發(fā)射終端接收到的光信號依次經(jīng)過液晶相控陣、液晶光楔后，被偏振分束器分為兩束，一束送入數(shù)據(jù)接收模塊，對獲取的光信號進行數(shù)據(jù)接收處理；另一束送入分束器，再由分束器分為兩束后，分別送入粗捕獲探測模塊和精跟蹤探測模塊；粗捕獲探測模塊實時探測激光接收終端發(fā)出光信號的光斑位置、光斑尺寸和光功率，計算獲得接收光信號的光斑位置誤差，并將位置誤差信號轉換為角度偏轉信號，送至液晶光學相控陣波控器；液晶光學相控陣波控器將角度偏轉信號轉化為液晶光學相控陣的波控電壓，控制液晶光學相控陣對發(fā)射光束進行光束偏轉控制，進一步降低粗捕獲探測模塊的光斑位置誤差；精跟蹤探測模塊實時探測激光接收終端發(fā)出的光信號的光斑位置、光斑尺寸和光功率，并根據(jù)光斑位置、光斑尺寸和光功率，計算獲得接收光信號的位置誤差，并將位置誤差信號轉換為角度偏轉信號送給液晶光楔波控機，液晶光楔波控機將角度偏轉信號轉換為液晶光楔的驅動電壓，控制液晶光楔對激光接收終端發(fā)出的光信號進行高精度連續(xù)偏轉控制，進一步降低跟蹤誤差，將跟蹤位置誤差控制到發(fā)射端和接收端建立有效光通信鏈路誤差閾值內(nèi)。

所述的液晶光楔為一個斜劈形狀的液晶盒，包括上透明基板和下透明基板、基板上電極層和基板下電極層；基板上電極層和基板下電極層分別粘在上透明基板和下透明基板上；基板上電極層的另一側涂有聚酰亞胺取向層，基板下電極層的另一側涂有聚酰亞胺取向層；基板上電極層和基板下電極層中間填充有液晶材料；基板上電極層和基板下電極層的一端通過第一圓形間隔子隔開，另一端通過第二圓形間隔子隔開，且第一圓形間隔子的半徑小于第二圓形間隔子。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的一種高精度光學相控捕跟系統(tǒng)采用一個液晶光學相控陣作為粗捕獲執(zhí)行模塊，在液晶光學相控陣光軸方向加載一個液晶光楔，液晶光楔作為空間激光通信系統(tǒng)的精跟蹤執(zhí)行模塊，控制光束進行高精度、連續(xù)掃描。液晶光學相控陣和液晶光楔聯(lián)合完成液晶光學相控陣的空間激光通信系統(tǒng)的捕獲跟蹤功能，實現(xiàn)離散掃描和連續(xù)掃描的結合，解決液晶光學相控陣作為捕跟控制模塊光束偏轉控制精度問題。

附圖說明

圖1為液晶相控陣和液晶光楔級聯(lián)工作原理圖；

圖2為液晶相控陣原理示意圖；