[發明專利]一種用于激光測速敏感器的電子頻移模擬器

無效

• 申請號: 201610236605.X
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105759079A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 程鵬飛;卜弘毅;舒嶸;黃庚華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01P21/02
• 分類號: G01P21/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種激光測速敏感器的速度模擬器，具體是指一種利用電子學模擬速度頻移的測速模擬器，它用于檢測激光測速敏感器的測速范圍與測速精度。

背景技術

利用無人探測器著陸到月球、火星或者小行星等目標天體表面進行實地勘探甚至采樣返回是人類探索宇宙的一條重要途徑，也是未來深空探測活動發展的熱點之一。發射衛星或探測器在其他星球表面進行軟著陸是進行空間探測的一個重要的方向。精確的速度測量是航天器選擇精確著陸點實現安全軟著陸的關鍵因素。

同微波相比，激光的波長更短，測速精度和測速分辨率更高，但多普勒頻移更大，頻率范圍更寬；同時速度屬于矢量信息，需要測量三個方向，然后合成，在試驗室內模擬速度造成的多普勒頻移非常困難。探測器在著陸過程中運動速度變化范圍非常大，且著陸導航對速度的測量精度要求又高，難以找到合適的運動目標和測試設備進行實際測量，這就使得測速模擬器的設計更加困難。

在對測速范圍從-20m/s到100m/s的星載激光測速敏感器進行室內模擬測試時，并且使模擬測速精度優于0.1％v，目前在已經公開的文獻中，還沒有相應的技術方案。

發明內容

本發明的電子頻移速度模擬器將為激光測速敏感器提供進行標定和測試的手段，能夠進行大范圍、高精度的速度模擬，解決在室內近景環境下對激光測速敏感器的功能和性能進行充分測試的問題。

電子頻移速度模擬器的系統構成如附圖1所示：它由三個相同的單元組成，分別對應激光測速敏感器的三個速度矢量通道，三個單元由上位計算機進行控制和交互。

電子頻移模擬器單元包括發射及接收耦合器、單模保偏光纖、環形器、可調衰減器、可調頻率聲光移頻器、固定頻率聲光移頻器、聲光移頻器驅動器、延時光纖、1×2耦合器和功率計。

所述的發射及接收耦合器用于匯聚并返回激光測速模擬器1550nm激光，采用美國Thorlabs公司的F810FC-1550光纖耦合器焦距為37.13mm，數值孔徑0.24，入瞳8.91mm，匯聚光斑直徑10.3μm。光纖耦合器安裝在光學調整架上，可進行二維調節。

所述的單模保偏光纖采用光庫的CorningPMFibersPI936，芯徑為9μm，接受功率大于3W。

所述的環形器主要用來保證輸入和輸出光的隔離，采用光庫公司的SR1489DFCIR。

所述的可調衰減器采用光庫的MVOA，利用光功率計檢測光功率，通過調節可調衰減器進行反饋控制，避免發出的激光造成測速敏感器探測器飽和。

所述的聲光移頻器是模擬器中的核心器件。采用聲光移頻器改變輸入激光的頻率，為了使調整頻率在要求的范圍之內(-25.8MHz～129MHz，對應速度范圍-20m/s～100m/s)，采用二級移頻方案，第一級可調頻率聲光移頻器，頻率300～500MHz，帶寬200MHz，第二級固定移頻-350MHz。可調頻率聲光移頻器型號為IPF-400-200-1550-2FP，固定頻率聲光移頻器為美國Brimrose公司制造的IPF-350-1550-2FP固定頻率聲光移頻器。

所述的聲光移頻器驅動器工作過程如下：控制計算機通過計算將速度量轉化為需要配置的頻率值，對聲光移頻驅動及控制模塊進行配置；配置完成后，驅動及控制模塊通過DDS芯片將輸入的頻率值轉換為對應的輸出信號；信號接入功放，放大后的信號進入功分器輸出兩路完全一樣的信號，再分別接入兩級聲光移頻器，從而實現對光信號的移頻操作。

所述的延時光纖用于模擬不同的工作距離，長度從4m至3km不等。

所述的1×2耦合器將移頻后的光信號經分為兩部分，一部分用于進行功率監測，另一部分經環形器后經發射系統發射出去，被測速敏感器接收進行速度測量，采用光庫公司的SBC。

所述的功率計用于監控移頻后的激光功率，配合可調衰減器，避免發出的激光造成測速敏感器探測器飽和。

所述的上位計算機主要提供人機界面，可以輸入所需要的速度值，并將數值通過串口發至聲光移頻器驅動器。