複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統的製作方法

2023-10-11 18:58:44 3

複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統，構建多種信道環境下雷射傳輸特性的模擬仿真與測試系統，將雷射在多種信道中傳輸特性模擬、仿真和測試系統進行綜合集成，加快雷射類高技術裝備工程化應用的進程；以雷射傳輸特性模擬、仿真與測試系統為基礎，建成一個在雷射信道傳輸特性模擬、仿真與測試【技術領域】有一定影響的雷射信道傳輸特性研究平臺；利用信道環境模擬和仿真深入研究信道環境特徵及其模型，優化雷射類高技術裝備系統設計，提高雷射類應用設備對複雜信道條件適應能力，探索提高雷射傳輸特性的方法與途徑。
【專利說明】複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統

【技術領域】
[0001]本發明提供一種複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統，屬於雷射通訊【技術領域】。
技術背景
[0002]大氣、海水和空間信道環境的動態和靜態物理特性對雷射類高技術系統的性能產生影響，由於信道傳輸及介質的吸收、散射、湍流等影響，雷射束在傳輸過程中將出現衰減、閃爍、偏移、強度和相位起伏等現象，使雷射傳輸特性、光束質量受到影響。
[0003]在複雜環境下雷射傳輸特性仿真、模擬與綜合測試方面，在國外，50年代以來，為了適應兵器、航空和航天產品的發展，先後建立了各類不同規模的環境模擬設備，如英國皇家陸軍科學研宄院車輛環境實驗室、維也納國際車輛研宄試驗中心的機車和車廂靜動態環境試驗設備、美國阿伯丁試驗場兵器環境試驗設備、法國圖魯茲航空研宄中心高空模擬設備、美國格魯門公司及波音公司的高空試驗艙、美國NASA詹森空間中心的大型空間環模設備和日本筑波空間環模艙等。
[0004]國內開展相對滯後，目前開展光電武器裝備性能室內考核的手段和方法在國內還不是十分完備，雷射通信、雷射壓制、雷射測距系統等雷射類高技術裝備在大氣及其它信道環境中的工作性能仿真，目前都是針對單一平臺、單一信道、單一型號產品進行研宄，沒有建立完整的從搭載平臺多樣化，經過複雜信道，最終綜合分析仿真多種型號產品的測試鏈路。
[0005]傳統研宄雷射傳輸特性多以計算機仿真為主或外場測試為主。傳統雷射傳輸特性仿真、模擬與綜合測試系統，半實物仿真以單一信道、單一參數模擬為主，測量參數單一，可適用的範圍小，不可定量定性分析。


【發明內容】

[0006]本發明提供一種複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統，具有雷射傳輸特性測量功能多，可適用的範圍廣，可定量定性分析等特點。
[0007]本發明公開的複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統，其特徵在於: 主要由雷射發射裝置、振動模擬裝置、複雜環境模擬裝置、雷射接收裝置、計算機系統、
穩定平臺裝置及兩個穩定平臺並聯組成；雷射發射裝置、振動模擬裝置、複雜環境模擬裝置、雷射接收裝置依次排列，雷射發射裝置和振動模擬裝置放置在穩定平臺上，雷射接收裝置放置在穩定平臺上，雷射發射裝置和雷射接收裝置放置在複雜環境模擬裝置的兩側；所述的雷射發射裝置由可變波長及功率可調的雷射器、可變速率的雷射調製器、可變發散角的光學系統組成，三者同軸依次排列，可變波長及功率可調的雷射器出射光束，入射到可變速率的雷射調製器中，經可變速率的雷射調製器調製的光束入射到可變發散角的光學系統後準直擴束髮射；
所述的振動模擬裝置由振鏡及振鏡控制系統組成，振鏡控制系統通過電壓信號控制振鏡振動，經可變發散角的光學系統出射的光束由振鏡反射後發出，進入到複雜環境模擬裝置；
所述的複雜環境模擬裝置由三種信道模擬裝置，平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置、蓄水池海水信道環境模擬裝置、太空模擬裝置及控制裝置組成，根據模擬不同信道的要求，選擇平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置、蓄水池海水信道環境模擬裝置、太空模擬裝置中的一個開始工作，光束經過複雜環境模擬裝置後出射，
所述的雷射信號探測裝置由分光鏡、分光鏡、多波長、寬帶、高靈敏度光電探測器)、示波器、誤碼儀參數測試器件組成，分光鏡、分光鏡將光束分成三路光，分別由光電探測器、不波器、誤碼儀進行接收；
所述的計算機系統由計算機控制系統、複雜環境仿真資料庫系統、測試結果分析顯示系統組成，雷射信號探測裝置探測的信號輸入給計算機系統，由測試結果分析顯示系統進行結果分析與顯示，處理完的數據錄入到複雜環境仿真資料庫系統，不同信道的模擬與參數控制由計算機控制系統處理。
[0008]本發明系統的工作過程如下:
首先由操作人員通過計算機系統輸入模擬環境的參數、測試參數等指令，選取相關裝置與模擬條件；通過複雜環境模擬裝置輸入系統參數，啟動信道模擬系統；雷射發射裝置發射雷射，經過振動模擬裝置後射向信道環境模擬裝置；雷射信號探測裝置探測經過複雜環境模擬裝置的雷射信號，並將數據傳送給計算機系統；計算機系統顯示雷射傳輸信道的模擬結果，並進行分析及儲存雷射在信道中的傳輸特性。
[0009]本發明的積極效果在於:構建多種信道環境下雷射傳輸特性的模擬仿真與測試系統，將雷射在多種信道中傳輸特性模擬、仿真和測試系統進行綜合集成，加快雷射類高技術裝備工程化應用的進程；以雷射傳輸特性模擬、仿真與測試系統為基礎，建成一個在雷射信道傳輸特性模擬、仿真與測試【技術領域】有一定影響的雷射信道傳輸特性研宄平臺；利用信道環境模擬和仿真深入研宄信道環境特徵及其模型，優化雷射類高技術裝備系統設計，提高雷射類應用設備對複雜信道條件適應能力，探索提高雷射傳輸特性的方法與途徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明複雜環境下雷射傳輸仿真模擬及綜合測試系統框圖；
圖2為平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置框圖；
圖3為蓄水池海水信道環境模擬裝置框圖；
其中，1、雷射發射裝置；11、可變波長及功率可調的雷射器；12、可變速率的雷射調製器；13、可變發散角的光學系統；2、振動模擬裝置；21、振鏡；22、振鏡控制系統；3、複雜環境模擬裝置；311、平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置；312、蓄水池海水信道環境模擬裝置；313、太空模擬裝置；32、控制裝置；4、雷射接收裝置；411、分光鏡；412、分光鏡；421、多波長、寬帶、高靈敏度光電探測器；422、示波器；423、誤碼儀；5、計算機系統；51、計算機控制系統；52、複雜環境仿真資料庫系統；53、測試結果分析顯示系統；6、穩定平臺裝置；61、62、光學穩定平臺；71、長方形箱體；72、冷卻面；73、加熱面；74、溫度採集系統；732、控制裝置；75、窗口 ；81、池體；82、進水口 ；83、出水口 ；832、控制裝置；84、液面採集系統；85、池口。

【具體實施方式】
[0011]實施例1:
根據圖1所示，本發明由雷射發射裝置1、振動模擬裝置2、複雜環境模擬裝置3、雷射接收裝置4、計算機系統5、穩定平臺裝置6等六部分組成；其中，雷射發射裝置I由可變波長及功率可調的雷射器(THORLABS公司的TLK-L800M) 11、可變速率的雷射調製器(泰克公司的EO-AM-NR-Cl) 12、可變發散角的光學系統(PELC0-13M系列的百萬像素可變焦距鏡頭)13組成，三者同軸依次排列，雷射器11出射光束，入射到可變速率的雷射調製器12中，經可變速率的雷射調製器12調製的光束入射到準直擴束光學系統13後準直擴束髮射；振動模擬裝置2由PI公司的S-325PZT振鏡21及振鏡控制系統22組成，振鏡控制系統22通過電壓信號控制振鏡21振動，經光學系統13出射的光束由振鏡21反射後發出，進入到複雜環境模擬裝置3 ;複雜環境模擬裝置3由三種信道模擬裝置，平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置311、蓄水池海水信道環境模擬裝置312、太空模擬裝置(北京易盛泰和公司的真空熱試驗罐)313及控制裝置32組成，控制裝置32將平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置311、蓄水池海水信道環境模擬裝置312、太空模擬裝置313的上位機部分集成在一起，由控制裝置32統一控制，選擇不同的模擬信道，輸入模擬信道的模擬參數等，根據模擬不同信道的要求，光束分別經過複雜環境模擬裝置中的平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置311、蓄水池海水信道環境模擬裝置312、太空模擬裝置313後出射。雷射信號探測裝置 4 由分光鏡(Thorlabs-SL-800M)411、分光鏡(Thorlabs-SL-800M)412、多波長、寬帶、高靈敏度光電探測器(Thorlabs-PDA8GS) 421、示波器(Tektronix_DP0/DSA70000B)422、誤碼儀(Tektronix-BERTScope) 423等參數測試器件組成，分光鏡411、分光鏡412將光束分成三路光，分別由光電探測器421、示波器422、誤碼儀423進行接收。計算機系統5由Dell-XPS One 2720計算機控制系統51、複雜環境仿真資料庫系統52、測試結果分析顯示系統53組成，雷射信號探測裝置4探測的信號輸入給計算機系統5，由測試結果分析顯示系統53進行結果分析與顯示，處理完的數據錄入到複雜環境仿真資料庫系統52，不同信道的模擬與參數控制由計算機控制系統51處理。穩定平臺裝置6由江西連勝公司的ZDT光學穩定平臺61及光學穩定平臺62組成。
[0012]參見圖2所示，所述的平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置311是由密閉的長方形箱體71，兩側設有窗口 75 ;長方形箱體71的頂部設有冷卻面72，其底部設有加熱面73，溫度採集系統74和控制裝置732分別與冷卻面72、加熱面73電氣連接實現實時測量與控制；首先在控制裝置732上輸入要模擬信道的參數，控制裝置732計算出產生大氣湍流所需的溫差，輸出加熱、製冷控制信號，加熱面73開始加熱，冷卻面72開始製冷，溫度採集系統74實時採集溫度，當冷卻面72和加熱面73的溫度差達到所需的溫度時，停止加熱和製冷，此時形成大氣湍流。
[0013]參見圖3所示，所述的蓄水池海水信道環境模擬裝置312是由密閉的長方形池體81、進水口 82、出水口 83、液面採集系統84和控制裝置832及池口 85組成，池體81上設有進水口 82、出水口 83，控制裝置832與進水口 82、出水口 83電氣連接，控制其進出水；液面採集系統84設置在池體81內，實時測量液面高度，計算蓄水量；首先在控制裝置832上輸入要模擬信道的參數，控制裝置832計算出模擬海水信道所需的水量，打開進水口加水，液面採集系統84實時採集液面高度計算出當前水量，當水量達到所需時，停止進水，此時形成海水信道，若水量超過所需時，打開出水口放水，液面採集系統84實時採集液面高度計算出當前水量，當水量達到所需時，停止放水。
[0014]由操作人員通過計算機系統5輸入模擬環境的參數、測試參數等指令，選取相關裝置與模擬條件；通過信道環境模擬裝置3輸入系統參數，啟動信道模擬系統；雷射發射裝置I發射雷射，經過振動模擬裝置2後射向信道環境模擬裝置3 ;雷射信號探測裝置4探測經過信道環境模擬裝置3的雷射信號，並將數據傳送給計算機系統5 ;計算機系統5顯示雷射傳輸信道的模擬結果，並進行分析及儲存雷射在信道中的傳輸特性。
【權利要求】
1.一種複雜環境下雷射傳輸仿真模擬與綜合測試系統，其特徵在於: 主要由雷射發射裝置(1)、振動模擬裝置(2)、複雜環境模擬裝置(3)、雷射接收裝置(4)、計算機系統(5)、兩個穩定平臺(61)、(62)並聯組成；雷射發射裝置(1)、振動模擬裝置(2)和雷射接收裝置(4)分別裝置在穩定平臺(61)、(62)上； 所述的雷射發射裝置(I)由可變波長及功率可調的雷射器(11)、可變速率的雷射調製器(12)、可變發散角的光學系統(13)組成，三者同軸依次排列，可變波長及功率可調的雷射器(11)出射光束，入射到可變速率的雷射調製器(12)中，經可變速率的雷射調製器(12)調製的光束入射到可變發散角的光學系統(13)後準直擴束髮射； 所述的振動模擬裝置(2)由振鏡(21)及振鏡控制系統(22)組成，振鏡控制系統(22)通過電壓信號控制振鏡(21)振動，經可變發散角的光學系統(13)出射的光束由振鏡(21)反射後發出，進入到複雜環境模擬裝置(3); 所述的複雜環境模擬裝置(3)由三種信道模擬裝置，平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置(311)、分層式蓄水池海水信道環境模擬裝置(312)、太空模擬裝置(313)及控制裝置(32)組成，根據模擬不同信道的要求，光束經過複雜環境模擬裝置(3)中的平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置(311)、分層式蓄水池海水信道環境模擬裝置(312)、太空模擬裝置(313)後出射；其中，平行平板間冷熱空氣對流式大氣湍流模擬裝置(311)是由密閉的長方形箱體(71)，兩側設有窗口(75);長方形箱體(71)的頂部設有冷卻面(72)，其底部設有加熱面(73)，溫度採集系統(74)和控制裝置(732)分別與冷卻面(72)、加熱面(73)電氣連接實現實時測量與控制；所述的蓄水池海水信道環境模擬裝置(312)是由密閉的長方形池體(81)、進水口(82)、出水口(83)、液面採集系統(84)和控制裝置(832)組成，池體(81)上設有進水口(82)、出水口(83)及池口(85)，控制裝置(832)與進水口(82)、出水口(83)電氣連接，控制其進出水；液面採集系統(84)設置在池體(81)內，實時測量液面高度，計算蓄水量； 所述的雷射信號探測裝置(4)由分光鏡(411)、分光鏡(412)、多波長、寬帶、高靈敏度光電探測器(421)、示波器(422)、誤碼儀(423)參數測試器件組成，分光鏡(411)、分光鏡(412)將光束分成三路光，分別由光電探測器(421)、示波器(422)、誤碼儀(423)進行接收；所述的計算機系統(5)由計算機控制系統(51)、複雜環境仿真資料庫系統(52)、測試結果分析顯示系統(53)組成，雷射信號探測裝置(4)探測的信號輸入給計算機系統(5)，由測試結果分析顯示系統(53)進行結果分析與顯示，處理完的數據錄入到複雜環境仿真資料庫系統(52)，不同信道的模擬與參數控制由計算機控制系統(51)處理。
【文檔編號】H04B10/07GK104506263SQ201410320099
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】王曉曼, 姜會林, 付強, 劉智, 高鐸瑞, 劉建華 申請人:長春理工大學