空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置和方法
2023-06-04 17:32:46
專利名稱：空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置和方法
技術領域：
本發明涉及空間光通信領域，具體涉及一種空間光通信終端的通信探測器視場角測量裝 置和方法。
背景技術：
空間光通信曾掀起研究的熱潮，但自從70年代光纖通信的迅速發展以及大氣光通信受到 天氣的嚴重影響，使得一度輝煌的空間光通信研究陷入低谷。但隨著對超穩雷射器、新型光 束控制器、高靈敏度和高數據率接收器和適合空間應用的先進通信電子設備的研究基本成熟 ，空間光通信又成為下一代光通信的發展方向之一。在過去10年內，對衛星軌道之間、空對 地、地對空、地對地等各種形式光通信系統的研究在世界各發達國家中廣泛進行， 一些先進 國家已經推出空間光通信的一些產品，我國通信事業的迅速發展也對空間光通信提出了要求
在空間光通信終端研製過程中，通信探測器視場角是空間光通信終端的重要指標，必須 進行精確測量。由於通信探測器不能輸出光斑成像信息，目前尚無標準方法對空間光通信終 端通信探測器視場角進行精確測量。
發明內容
本發明為了解決現有技術中無法對空間光通信終端通信探測器視場角進行精確測量的問 題，提供一種空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置和方法。
一種空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置，它包括具有調製功能的雷射器、小孔 光闌、光學衰減片、長焦平行光管、可變光闌和誤碼率分析儀，所述各元件按照光傳輸方向 依次排列，被測光通信終端設置在可變光闌與誤碼率分析儀之間，所述被測光通信終端由成 像透鏡組和通信探測器組成，所述小孔光闌放置在長焦平行光管的焦點處，所述被測光通信 終端的系統光軸與長焦平行光管的輸出光光軸平行並且被測光通信終端的入射光埠能夠被 光束覆蓋，所述被測光通信終端的信號輸出端與誤碼率分析儀的信號輸入端相連。
空間光通信終端通信探測器視場角的測量方法，此方法的具體步驟如下
步驟A:調製雷射器的輸出光的頻率、波長或強度的其中一個參數或多個參數，使誤碼 率分析儀能夠接收到信號；
步驟B:調製後的雷射器輸出光照射到小孔光闌上，小孔光闌的輸出光經長焦平行光管輸入至被測光通信終端。計算長焦平行光管輸出光束的發散角& ;
步驟C:利用光學衰減片對雷射器輸出的光信號進行衰減，減小輸入到被測光通信終端的光強至臨界狀態，所述臨界狀態為再增加透過率為-0.01dB的光學衰減片時，通信探測器的輸出信號經誤碼率分析儀分析輸出誤碼信號，所述誤碼率分析儀輸出誤碼信號與否的情況為當通信探測器完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀不輸出誤碼信號，當通信探測器不能完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀輸出誤碼信號；
步驟D:在被測光通信終端入光口前安裝可變光闌，可變光闌與被測光通信終端入光口同心，減小可變光闌口徑對入射到被測光通信終端的光束進行遮擋；
步驟E:調整可變光闌的光闌直徑，使其與被測光通信終端入光口徑相同，記錄這時可變光闌的光闌直徑D0 ，即被測光通信終端的入光口徑為D0;
步驟F:調整可變光闌的光闌直徑，當通信探測器的輸出信號經誤碼率分析儀分析輸出誤碼信號時，記錄這時可變光闌的光闌直徑D 1;
步驟G:通過公式 DQ計算出被測光通信終端中通訊探測器的視場角^ 。
本發明實現了對空間光通信終端通信探測器的視場角進行精確測量，結合長焦平行光管
，當小孔光闌直徑測量誤差〈20mm，長焦平行光管焦距〉4m時，本發明視場角測量精度可優於5mrad，適用於對視場角的精度要求較高的測量場合。
圖l為空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置的結構示意圖。圖2為可變光闌5直徑變化示意圖。圖3為空間光通信終端通信探測器視場角的測量方法流程圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖l說明本實施方式， 一種空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置，它包括具有調製功能的雷射器l、小孔光闌2、光學衰減片3、長焦平行光管4、可變光闌5和誤碼率分析儀7，所述各元件按照光傳輸方向依次排列，被測光通信終端6設置在可變光闌5與誤碼率分析儀7之間，所述被測光通信終端6由成像透鏡組6-l和通信探測器6-2組成，所述小孔光闌2放置在長焦平行光管4的焦點處，所述被測光通信終端6的系統光軸與長焦平行光管4的輸出光光軸平行並且被測光通信終端6的入射光埠能夠被光束覆蓋，所述被測光通信終端6的信號輸出端與誤碼率分析儀7的信號輸入端相連。
具體實施方式
二結合圖l說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不同之處在於可變光闌5為圓形可變光闌。
具體實施方式
三結合圖l、圖2和圖3說明本實施方式，空間光通信終端通信探測器視步驟A:調製雷射器l的輸出光的頻率、波長或強度的其中一個參數或多個參數，使誤碼率分析儀7能夠接收到信號；
步驟B:調製後的雷射器1輸出光照射到小孔光闌2上，小孔光闌2的輸出光經長焦平行光管4輸入至被測光通信終端。計算長焦平行光管4輸出光束的發散角$ ;
步驟C:利用光學衰減片3對雷射器1輸出的光信號進行衰減，減小輸入到被測光通信終端6的光強至臨界狀態，所述臨界狀態為再增加透過率為-0.01dB的光學衰減片3時，通信探測器6-2的輸出信號經誤碼率分析儀7分析輸出誤碼信號，所述誤碼率分析儀7輸出誤碼信號與否的情況為當通信探測器6-2完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀7不輸出誤碼信號，當通信探測器6-2不能完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀7輸出誤碼信號；
步驟D:在被測光通信終端6入光口前安裝可變光闌5，可變光闌5與被測光通信終端6入光口同心，減小可變光闌5口徑對入射到被測光通信終端6的光束進行遮擋；
步驟E:調整可變光闌5的光闌直徑，使其與被測光通信終端6入光口徑相同，記錄這時可變光闌5的光闌直徑DO，即被測光通信終端6的入光口徑為DO;
步驟F:調整可變光闌5的光闌直徑，當通信探測器6-2的輸出信號經誤碼率分析儀7分析輸出誤碼信號時，記錄這時可變光闌5的光闌直徑D 1;
步驟G:通過公式 DQ計算出被測光通信終端6中通訊探測器6-2的視場角^ 。
當通信探測器6-2完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀7不輸出誤碼信號，當通信探測器6-2不能完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀7輸出誤碼信號。
本發明提出一種空間光通信終端通信探測器視場角高精度測量方法，利用雷射器l照射小孔光闌2，輸出光經長焦平行光管4整形後產生具有一定發散角度的測量參考光，利用可變光闌5遮擋參考光的方式，通過檢測通信探測器6-2的輸出信號經誤碼率分析儀7分析輸出的誤碼信號，實現對空間光通信終端通信探測器的視場角進行精確測量，當小孔光闌直徑測量誤差〈20mm，長焦平行光管焦距〉4m時，本方法視場角測量誤差〈5mrad。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三的不同之處在於步驟B中計算長焦平行光管4輸出光束的發散角$的方法為
設小孔光闌2的直徑為D，長焦平行光管4的焦距為F，則長焦平行光管4輸出光束的發散
角S為^。
由於被測光通信終端6的系統光軸與長焦平行光管4的輸出光光軸平行，則此時以微小角度入射到被測光通信終端6的光束在通訊探測器6-2上形成一圓形光斑，所述光斑對應的角度也為人
其中通訊探測器6-2為APD雪崩二極體，型號為AD500-8，誤碼率分析儀7型號為ET622。
權利要求
1.空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置，其特徵在於它包括具有調製功能的雷射器(1)、小孔光闌(2)、光學衰減片(3)、長焦平行光管(4)、可變光闌(5)和誤碼率分析儀(7)，所述各元件按照光傳輸方向依次排列，被測光通信終端(6)設置在可變光闌(5)與誤碼率分析儀(7)之間，所述被測光通信終端(6)由成像透鏡組(6-1)和通信探測器(6-2)組成，所述小孔光闌(2)放置在長焦平行光管(4)的焦點處，所述被測光通信終端(6)的系統光軸與長焦平行光管(4)的輸出光光軸平行並且被測光通信終端(6)的入射光埠能夠被光束覆蓋，所述被測光通信終端(6)的信號輸出端與誤碼率分析儀(7)的信號輸入端相連。
2 根據權利要求l所述的空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置 ，其特徵在於可變光闌(5)為圓形可變光闌。
3 利用權利要求l所述的空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置 進行測量的方法，其特徵在於此方法的具體步驟如下步驟A:調製雷射器(l)的輸出光的頻率、波長或強度的其中一個參數或多個參數，使 誤碼率分析儀(7)能夠接收到信號；步驟B:調製後的雷射器(1)輸出光照射到小孔光闌(2)上，小孔光闌(2)的輸出光經長焦平行光管(4)輸入至被測光通信終端。計算長焦平行光管(4)輸出光束的發散角$ ;步驟C:利用光學衰減片(3)對雷射器(1)輸出的光信號進行衰減，減小輸入到被測光通 信終端(6)的光強至臨界狀態，所述臨界狀態為再增加透過率為-0.01dB的光學衰減片(3) 時，通信探測器(6-2)的輸出信號經誤碼率分析儀(7)分析輸出誤碼信號，所述誤碼率分析儀(7) 輸出誤碼信號與否的情況為當通信探測器(6-2)完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀(7) 不輸出誤碼信號，當通信探測器(6-2)不能完全被光斑覆蓋時，誤碼率分析儀(7)輸出誤碼信 號；步驟D:在被測光通信終端(6)入光口前安裝可變光闌(5)，可變光闌(5)與被測光通信 終端(6)入光口同心，減小可變光闌(5) 口徑對入射到被測光通信終端(6)的光束進行遮擋；步驟E:調整可變光闌(5)的光闌直徑，使其與被測光通信終端(6)入光口徑相同，記錄 這時可變光闌(5)的光闌直徑(D0)，即被測光通信終端(6)的入光口徑為(D0);步驟F:調整可變光闌(5)的光闌直徑，當通信探測器(6-2)的輸出信號經誤碼率分析儀 (7)分析輸出誤碼信號時，記錄這時可變光闌(5)的光闌直徑(D1);步驟G:通過公式 DQ計算出被測光通信終端(6)中通訊探測器(6-2)的視場角^
4 根據權利要求3所述的空間光通信終端通信探測器視場角的測量方法，其特徵在於計算長焦平行光管(4)輸出光束的發散角$的方法為設小孔光闌(2)的直徑為D，長焦平行光管(4)的焦距為F，則長焦平行光管(4)輸出光束的發散角S為 ^ 。
全文摘要
空間光通信終端通信探測器視場角測量裝置和方法，它涉及空間光通信領域，解決了現有技術無法對空間光通信終端通信探測器視場角進行精確測量的問題，本發明由雷射器、小孔光闌、光學衰減片、長焦平行光管、可變光闌和誤碼率分析儀按照光傳輸方向依次排列組成，具體測量步驟如下A.調製雷射器的輸出光信號；B.計算長焦平行光管輸出光束的發散角θ；C.將雷射器輸出的光信號衰減至臨界狀態；D.可變光闌對入射被測終端的光束進行遮擋；E.記錄被測光通信終端的入光口徑為D0；F.記錄誤碼率分析儀輸出誤碼信號時可變光闌的光闌直徑D1；G.計算被測光通信終端中通訊探測器的視場角θs。本發明適用於對視場角的精度要求較高的測量場合。
文檔編號G01M11/02GK101672727SQ20091030831
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月15日 優先權日2009年10月15日
發明者於思源, 俞建傑, 楊玉強, 譚立英, 韓琦琦, 晶 馬 申請人:哈爾濱工業大學