一种激光通信超前瞄准系统及方法与流程

本发明涉及空间通信领域，具体涉及一种激光通信超前瞄准系统及方法。

背景技术：

1、在天地激光通信中，当搭载有激光通信终端的卫星等航天器处在非地球同步轨道运行时，与地球之间会存在相对运动。某一时刻，激光通信地面站接收到来自航天器激光通信终端发送的信标光或信号光，地面站跟踪机构可根据接收到的信号光精确判定其入射方位，完成精准指向，并沿该方位发射信标光或信号光，使得航天器终端也能准确接收，并完成对地面站的精确定位。

2、实际上，由于航天器与地面站距离较远，光在两者之间的传输时间不容忽略，光由航天器传输到地面站，再由地面站传输到航天器的过程中，航天器运行的圆弧轨迹所对应的角度远大于激光通信信号光的发散角，因此当地面站以接收到的信号光入射方位原路返回的向航天器发送信号光时，航天器已经脱离了原位置，无法接收到地面站发送的信号光。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种激光通信超前瞄准系统及方法，可以解决航天器与地面通信终端之间存在相对运动时进行超前瞄准，从而顺利的进行通信。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光通信超前瞄准系统，包括主望远镜和超前瞄准后光路；超前瞄准后光路包括准直镜、第一分光镜、精跟踪相机、角锥棱镜、第二分光镜、校准激光器、可转动的快速反射镜、第三分光镜、高精跟踪相机、扩束镜和信号光发射组件；

3、主望远镜用于接收信标光，准直镜用于对主望远镜接收的信标光进行准直，第一分光镜用于对准直镜准直后的信标光进行反射，精跟踪相机用于接收第一分光镜反射的信标光，校准激光器用于产生校准光，第二分光镜用于对校准激光器产生的校准光进行透射，第一分光镜还用于对第二分光镜透射的校准光进行反射，角锥棱镜用于对第一分光镜反射的校准光进行反射，第一分光镜还用于对角锥棱镜反射的校准光进行透射，精跟踪相机还用于接收第一分光镜透射的校准光；

4、第一分光镜还用于对准直镜准直后的信标光进行透射，第二分光镜还用于对第一分光镜透射的信标光进行反射，快速反射镜用于对第二分光镜反射的信标光进行反射，第三分光镜用于对快速反射镜反射的信标光进行反射，高精跟踪相机用于接收第三分光镜反射的信标光；

5、信号光发射组件用于产生信号光，扩束镜用于对信号光发射组件产生的信号光进行扩束，第三分光镜还用于对扩束镜扩束后的信号光进行透射，快速反射镜还用于对第三分光镜透射的信号光进行反射，第二分光镜还用于对快速反射镜反射的信号光进行反射，第一分光镜还用于对第二分光镜反射的信号光进行透射，准直镜还用于对第一分光镜透射的信号光进行汇聚，主望远镜还用于对准直镜汇聚后的信号光进行发射。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

7、进一步，还包括第四分光镜和信号光接收组件，第四分光镜设置在第一分光镜以及第二分光镜之间；从第一分光镜透射的信标光通过第四分光镜透射至第二分光镜，从第二分光镜透射的校准光通过第四分光镜透射至第一分光镜，从第二分光镜反射的信号光通过第四分光镜透射至第一分光镜；

8、主望远镜还用于接收信号光，准直镜还用于对主望远镜接收的信号光进行准直，第一分光镜还用于对准直镜准直后的信号光进行透射，第四分光镜用于对第一分光镜透射的信号光进行反射，信号光接收组件用于接收第四分光镜反射的信号光。

9、进一步，第一分光镜对信标光进行反射和透射的比例为1:1。

10、进一步，角锥棱镜的接收光路与反射光路重合。

11、基于上述一种激光通信超前瞄准系统，本发明还提供一种激光通信超前瞄准方法。

12、一种激光通信超前瞄准方法，利用如上述所述的激光通信超前瞄准系统进行激光通信超前瞄准发射，包括以下步骤，

13、s1，通过调整第一分光镜或/和精跟踪相机的位置，进行精跟踪光路校准；其中，精跟踪光路校准的具体过程为，

14、主望远镜接收的信标光经准直镜准直后，经过第一分光镜反射进入精跟踪相机，并在精跟踪相机的探测器靶面形成第一光斑；

15、校准激光器产生的校准光经第二分光镜透射至第一分光镜，并经过第一分光镜反射至角锥棱镜，且经过角锥棱镜反射回第一分光镜，进而经过第一分光镜透射进入精跟踪相机，最终在精跟踪相机的探测器靶面形成第二光斑；

16、调整第一分光镜或/和精跟踪相机的位置，使第一光斑与第二光斑重合，则精跟踪光路校准完毕；

17、s2，精跟踪光路校准完毕后，通过转动快速反射镜，进行超前指向定位及高精跟踪；其中，超前指向定位及高精跟踪的具体过程为，

18、主望远镜接收的信标光经准直镜准直后，经过第一分光镜反射进入精跟踪相机进行精跟踪；

19、主望远镜接收的信标光经准直镜准直后，经过第一分光镜透射至第二分光镜，并经过第二分光镜反射至快速反射镜，且通过快速反射镜反射至第三分光镜，进而经过第三分光镜反射进入高精跟踪相机，最终在高精跟踪相机的探测器靶面形成第三光斑；

20、根据航天器的轨道信息，结合整个激光通信超前瞄准系统的结构，经空间坐标变换，计算出第三光斑在高精跟踪相机的探测器靶面内的超前瞄准坐标；

21、转动快速反射镜，使第三光斑移至超前瞄准坐标位置处，则超前指向定位及高精跟踪完毕；

22、s3，在超前指向定位及高精跟踪完毕后，进行信号光的发射；其中，信号光的发射过程具体为，

23、信号光发射组件产生的信号光经扩束镜扩束后，经过第三分光镜透射至转动后的快速反射镜，并经过快速反射镜反射至第二分光镜，且经过第二分光镜反射至第一分光镜，进而经过第一分光镜透射至准直镜，最终由准直镜汇聚后通过主望远镜发射出去。

24、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

25、进一步，还包括信号光的接收步骤；其中，信号光接收的具体步骤为，

26、主望远镜接收的信号光经准直镜准直后，经过第一分光镜透射至第四分光镜，并经过第四分光镜反射进入信号光接收组件。

27、本发明的有益效果是：在本发明一种激光通信超前瞄准系统及方法中，在进行超前瞄准前，在接收信标光进行精跟踪的同时,通过调整第一分光镜或/和精跟踪相机的位置进行精跟踪光路校准确保信号精跟踪的精度；而在高精跟踪的过程通过旋转快速反射镜实现超前瞄准功能；本发明包含精跟踪与高精跟踪两级跟踪机构，并通过一个快反镜就可以实现超前瞄准功能，可有效补偿激光通信过程中天地终端间的相对运动，保证天地激光通信顺利进行；另外，本发明针对光学地面站设计，可用于各种光学地面站的激光通信功能改造，后期通过增加信号光接收相关组件可扩展为激光通信收发一体系统。

技术特征：

1.一种激光通信超前瞄准系统，其特征在于：包括主望远镜(1)和超前瞄准后光路(2)；超前瞄准后光路(2)包括准直镜(21)、第一分光镜(22)、精跟踪相机(23)、角锥棱镜(24)、第二分光镜(25)、校准激光器(26)、可转动的快速反射镜(27)、第三分光镜(28)、高精跟踪相机(29)、扩束镜(210)和信号光发射组件(211)；

2.根据权利要求1所述的激光通信超前瞄准系统，其特征在于：还包括第四分光镜(212)和信号光接收组件(213)，第四分光镜(212)设置在第一分光镜(22)以及第二分光镜(25)之间；从第一分光镜(22)透射的信标光通过第四分光镜(212)透射至第二分光镜(25)，从第二分光镜(25)透射的校准光通过第四分光镜(212)透射至第一分光镜(22)，从第二分光镜(25)反射的信号光通过第四分光镜(212)透射至第一分光镜(22)；

3.根据权利要求1或2所述的激光通信超前瞄准系统，其特征在于：第一分光镜(22)对信标光进行反射和透射的比例为1:1。

4.根据权利要求1或2所述的激光通信超前瞄准系统，其特征在于：角锥棱镜(24)的接收光路与反射光路重合。

5.一种激光通信超前瞄准方法，其特征在于：利用如权利要求1至4任一项所述的激光通信超前瞄准系统进行激光通信超前瞄准发射，包括以下步骤，

6.根据权利要求5所述的激光通信超前瞄准方法，其特征在于：还包括信号光的接收步骤；其中，信号光接收的具体步骤为，

技术总结
本发明涉及空间通信领域，具体涉及一种激光通信超前瞄准系统及方法，其系统包括主望远镜、准直镜、第一分光镜、精跟踪相机、角锥棱镜、第二分光镜、校准激光器、可转动的快速反射镜、第三分光镜、高精跟踪相机、扩束镜和信号光发射组件；在本发明中，在进行超前瞄准前，在接收信标光进行精跟踪的同时,通过调整第一分光镜或/和精跟踪相机的位置进行精跟踪光路校准确保信号精跟踪的精度；而在高精跟踪的过程通过旋转快速反射镜实现超前瞄准功能；本发明包含精跟踪与高精跟踪两级跟踪机构，并通过一个快反镜就可以实现超前瞄准功能，可有效补偿激光通信过程中天地终端间的相对运动，保证天地激光通信顺利进行。

技术研发人员：吴少俊,杨宁,吕世猛
受保护的技术使用者：北京极光星通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11