一种光电通信模块性能评估装置及其评估方法与流程

本发明涉及航空航天的无线通信领域，尤其涉及到航空航天飞行器中的光电通信设备性能评估，是一种基于机械装置仿真实际飞行器运动的半实物环境提出的综合飞行器飞行中光电通信设备性能的更为可靠的评估装置。

背景技术：
航空航天飞行器的高速相对运动会产生多普勒效应，严重影响到无线通信设备收信机对信息的捕获和解调，对捕获和解调算法的实时性要求较高，并且对于使用光电通信模块的通信物理指标保持产生较大的难度，对目标的快速捕获、跟踪和瞄准的动态性能需要精确的评估，保证光电通信模块的准确有效。高速航天航空飞行器在进行地面测试过程中，受到应用模式的约束要求，需要对系统进行综合测试。在综合测试过程中，光电信号处理分系统与机械结构分系统往往各自进行独立测试。而对于需要机械精密跟踪的自由空间激光通信模块而言，其自适应捕获与跟踪装置则必须同时涉及机械跟踪信号处理环路及电信号处理环路。因此，对于上述模块的综合参数测定及精确评估，需要新型技术评估方法。

技术实现要素：
为实现在高动态环境下对高速飞行器搭载的光电通信模块实现精准评估，本发明提供了一种光电通信模块性能评估装置，对半实物环境进行建模，规划机械运动路线，获得高速飞行器飞行轨迹数据，获得飞行器飞行姿态模拟；机械装置搭载光电通信模块，通过运动实现对高动态环境飞行器飞行模拟，对光电通信模块实现性能评估；光电通信模块分析飞行过程中硬件设备物理指标，运动过程中完成快速捕获、跟踪和瞄准的目标，并将结果输出，最终直观、有效的完成半实物环境动态光电通信模块测试分析。本发明的发明目的通过以下技术方案实现：一种光电通信模块性能评估装置，包含移动端设备和静止端设备；所述移动端设备包含移动端光电通信模块、机械轨道、第一步进电机、伸缩吊杆和辅助计算机，所述第一步进电机活动连接在机械轨道下方，伸缩吊杆的一端连接步进电机，伸缩吊杆的另一端连接移动端光电通信模块，所述辅助计算机根据预设轨迹控制步进电机和伸缩吊杆实现移动端光电通信模块在机械轨道上作水平移动及垂直移动；所述静止端设备包含固定支架、第二步进电机、静止端光电通信模块和主控计算机，所述第二步进电机安装在固定支架上方，所述静止端光电通信模块连接在第二步进电机上，所述主控计算机用于控制静止端光电通信模块的转动角度，以及控制静止端光电通信模块与移动端光电通信模块之间进行演练数据的交互，并根据演练结果对静止端光电通信模块和移动端光电通信模块做出评价报告。本发明还提供了光电通信模块性能评估装置的评估方法，包含以下步骤：步骤一：根据飞行器实际运行场景，获取飞行器的飞行轨迹参数，得到预设轨迹；步骤二：辅助计算机将预设轨迹进行计算转换，将预设轨迹映射为包含第一步进电机的转动角度、运行速度以及伸缩吊杆的伸缩度在内的轨迹运行基本参数。步骤三：第一步进电机和伸缩吊杆根据轨迹运行基本参数带动移动端光电通信模块在机械轨道上做水平及垂直运动；同时主控计算机根据演练数据控制第二步进电机带动静止端光电通信模块进行角度转动，并控制静止端光电通信模块向移动端光电通信模块发送演练数据；步骤四：移动端光电通信模块响应演练数据并将执行结果发送给静止端光电通信模块；步骤五：主控计算机通过执行结果实现光电通信各项技术指标的分析，获得移动端光电通信模块、静止端光电通信模块的性能评估。优选地，所述步骤三中还包含第一步进电机将机械控制反馈给辅助计算机，辅助计算机根据机械控制反馈做出轨迹调整。本发明的有益效果在于：针对光电通信在高动态运动下机械运动对通信性能影响难以利用电信号纯软件实现仿真的不足，本光电通信评估装置采用机械运动结合电信号纯软件联合仿真的思想，合理的仿真了航空航天飞行器光电通信过程，能够实现运动机械误差仿真，光电通信技术参数输出演示，物理指标分析，具有较高的准确性。机械运动下的无线通信评估表面，本光电通信模块评估装置能够有效的模拟飞行器飞行过程，采用三维的场景布置，机械传动带动光电通信设备按照输入的飞行轨迹进行实时运动，对飞行器的飞行俯仰姿态做到有效的模拟，通过控制软件实现光电通信模块对目标的跟踪过程有效地演示，对通信模块接收灵敏度、通信误码率等物理指标能按照实际飞行姿态造成的发射角度偏移等机械误差进行灵活的分析。本光电通信评估装置兼顾可靠性、维修性、测试性等设计要求。附图说明附图1半实物验证环境组成结构框图附图2半实物验证环境示意图附图3半实物环境软件组成框图附图4半实物环境软件驻留示意框图附图5光电通信模块结构框图下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。如图1、图2所示，本发明一种光电通信模块性能评估装置，包含移动端设备和静止端设备，所述移动端设备包含移动端光电通信模块、机械轨道、第一步进电机、伸缩吊杆和辅助计算机，所述第一步进电机活动连接在机械轨道下方，伸缩吊杆的一端连接步进电机，伸缩吊杆的另一端连接移动端光电通信模块，所述辅助计算机根据预设轨迹控制步进电机和伸缩吊杆实现移动端光电通信模块在机械轨道上作水平移动及垂直移动，模拟飞行器运行轨迹，并可以模拟加速度、角运动等；所述静止端设备包含固定支架、第二步进电机、静止端光电通信模块和主控计算机，所述第二步进电机安装在固定支架上方，所述静止端光电通信模块连接在第二步进电机上，所述主控计算机用于控制静止端光电通信模块的转动角度，以及控制静止端光电通信模块与移动端光电通信模块之间进行演练数据的交互，并根据演练结果对静止端光电通信模块和移动端光电通信模块做出评价报告。辅助计算机用于计算并控制移动光电通信模块的移动方式。通过机械控制反馈可预设可调轨道运动轨迹和进行实时修正，并支持移动设备在轨道上按控制软件的控制速度进行运动。主控计算机主要用于演示环境控制软件执行，负责整个演示环境数据的控制及二次处理，并实现各功能模块数据格式、数据表征方法、数据工作方式的控制与转换，最终在显示界面进行显示。本发明的半实物环境软件组成框图如附图3所示，包括演示进度执行软件、飞行器轨迹定义软件以及FSO/APT演示软件。半实物环境软件驻留示意框图如图4所示，演示进度执行软件负责整个系统的复位、开启、暂停等功能控制，驻留在主控计算机上；飞行器轨迹定义软件由输入输出管理软件、数据库管理软件、交互管理软件、驱动数据生成软件等组成，负责将飞行器轨迹参数加载到飞行器运行模拟滑轨装置中，驻留在辅助计算机上；FSO/APT演示软件负责对FSO端机接收状态、接收数据信息进行解析，以及高清视频显示等，驻留在光电通信模块上。验证评估过程中，通过软件计算相关的轨道参数经计算机加载在半实物环境轨道驱动单元上的转动装置，转动装置根据映射后的角度要求进行转动其搭载的光电通信设备。在模拟轨道测，利用轨道参数经辅助计算机加载在轨道运动机构上，运行机构推动相应的端机设备进行运动。实现了对飞行轨迹以及飞行姿态的全方位模拟。评估流程如下：步骤一：根据飞行器实际运行场景，获取飞行器的飞行轨迹参数，得到预设轨迹；步骤二：辅助计算机将预设轨迹进行计算转换，将预设轨迹映射为包含第一步进电机的转动角度、运行速度以及伸缩吊杆的伸缩度在内的轨迹运行基本参数。步骤三：第一步进电机和伸缩吊杆根据轨迹运行基本参数带动移动端光电通信模块在机械轨道上做水平及垂直运动；同时主控计算机根据演练数据控制第二步进电机带动静止端光电通信模块进行角度转动，并控制静止端光电通信模块向移动端光电通信模块发送演练数据；步骤四：移动端光电通信模块响应演练数据并将执行结果发送给静止端光电通信模块；步骤五：主控计算机通过执行结果实现光电通信各项技术指标的分析，获得移动端光电通信模块、静止端光电通信模块的性能评估。优选地，所述步骤三中还包含第一步进电机将机械控制反馈给辅助计算机，辅助计算机根据机械控制反馈做出轨迹调整。(2)光电通信模块光电通信模块实现通信技术参数配置，在通信两端进行实时数据传送与演示，为本案的待测单元，即为附图1中所示的光电通信模块，光电通信模块结构框图如附图5所示。采用预制的物理层及协议等算法模块实现整个通信过程，实现光电调制解调、捕获跟踪瞄准控制、位置误差提取、外部数据交换，采用模块化单元对通信物理指标进行分析并输出。对飞行轨迹进行实时信号处理，并交由飞行器演示环境软件进行读取处理，对机械轨道运动参数以及背景灯光进行控制，实现光电通信过程的模拟。在光电通信过程中，发射光对准接收机检测器，同时接收机的检测器能够自动、快速调制方向，跟踪发射场，通过光源子系统、发射与接收子系统、信号调制解调探测子系统、捕获、瞄准跟踪子系统实现完成的光电通信。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。