激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端与流程

本发明涉及激光通信，特别是涉及激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端。

背景技术：

1、卫星光通信设备通常采用地面站进行在轨标定，借助地面站大口径望远镜的优势，在夜间可以直接对卫星目标进行跟踪观测，同时发射信标光激光始终覆盖星上终端，星上终端接收地面信标光后可以通过信号光探测器标定自身的接收光轴位置，但是无法校正自身发射光轴与自身接收光轴的同轴度。并且，建立激光通信地面站本身成本高昂，且只能在夜间进行接收光轴的位置标定，无法校正终端自身收发光轴的同轴度。

2、目前，能够在不借助地面站的情况下实现卫星通信设备的在轨标校的方案包括以下两种：

3、方案一：在卫星的通信收发器上安装标校反射器，结合标校反射器，通过发送指令和判读遥测的方式进行自身收发光轴同轴度的标校。

4、方案二：借助激光星间链路的激光通信数据帧进行双端接收探测器能量的相互传输，并通过两个卫星激光终端的相互配合分别自动调整超前瞄机构来实现两颗卫星激光终端信号收发光轴的自动标校。

5、然而，方案一主要进行了卫星激光终端的自标校，并未进行双星间的配合标校，由于激光收发光轴会随着cpa(coarse pointing assembly，粗指向机构)的方位轴和俯仰轴角度变化而变化，因此不能确保实际建链中卫星激光终端的收发光轴同轴度，且该方案在内部结构实现上的复杂度较高。方案二则前提条件过于苛刻，需要在两个激光终端已经建立起低速的通信后才能实施，且校正过程中每一次扫描点的变更都需要通过通信数据帧进行实时反馈，效率较低。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端，以保证收发光轴的同轴度并提高光轴校正效率。具体技术方案如下：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种激光终端的光轴标校方法，包括：

3、接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

4、调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

5、将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

6、可选的，所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描之后，还包括：

7、判断在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间是否检测到所述信号光；

8、若是，执行所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量；

9、或，

10、若否，指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，返回所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，直至在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到所述信号光。

11、可选的，所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，包括：

12、根据在扫描期间的第一时刻和第二时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第一方向上的偏移量；

13、根据在扫描期间的第三时刻和第四时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第二方向上的偏移量；所述第一方向与所述第二方向正交；

14、根据所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在所述第一方向和所述第二方向上的偏移量，确定所述第一接收偏移量。

15、可选的，基于下式计算所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量：

16、

17、其中，ρx为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在x轴方向上的分量，ρy为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在y轴方向上的分量，ω0为所述第一激光终端的信号光接收光纤的模场半径，a为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描半径，ps为所述第一光功率/所述第二光功率，t为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描周期。

18、可选的，基于如下方式确定所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的第一光功率：

19、基于电流值和光功率之间的映射关系，将信号光探测器在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率；

20、基于如下方式确定所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间检测到的第二光功率：

21、基于所述映射关系，将所述信号光探测器在所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率。

22、可选的，所述电流值和光功率之间的映射关系满足下式：

23、

24、其中，is(t)为t时刻所述信号光探测器输出的电流值，r为所述信号光探测器的响应度，ps为所述光功率，pl为本振光功率，ωif为外差频率，θs(t)为信号在t时刻的符号相位。

25、可选的，所述指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，包括：

26、指示所述第二激光终端调整所述超前瞄准镜以使所述信号光发射光轴进行螺旋扫描。

27、可选的，所述方法还包括：

28、向所述第二激光终端发射信标光，以使所述第二激光终端基于粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

29、指示所述第二激光终端调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第二初始接收光轴进行圆形扫描，以使第二激光终端根据在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，计算所述第二初始接收光轴相较于第二基准接收光轴的第二接收偏移量，并基于所述第二接收偏移量校正所述第二激光终端的信号光接收光轴；

30、调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第二初始发射光轴进行圆形扫描，获取所述第二激光终端在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，并基于获取到的光功率，计算所述第二初始发射光轴相较于第二基准发射光轴的第二发射偏移量，并基于所述第二发射偏移量校正所述第一激光终端的信号光发射光轴。

31、可选的，所述第一激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路，所述第二激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路。

32、第二方面，本发明实施例提供了一种激光终端，包括：天线、粗跟踪镜、超前瞄准镜、精跟踪镜、信标光接收光轴校正单元、信号光接收光轴校正单元、通信单元；

33、所述天线用于接收对端激光终端发射的激光，所述激光为信标光或信号光；

34、所述信标光接收光轴校正单元，用于调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

35、所述信号光接收光轴校正单元，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的对端激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

36、通信单元，用于将第二光功率发送至所述对端激光终端，所述第二光功率是所述对端激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述对端激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

37、可选的，还包括：

38、反射镜、合束镜、分光镜、校准相机、接收准直器、信号光探测器、发射光源；

39、所述天线接收的信标光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜到达所述校准相机；

40、所述天线接收的信号光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜、所述精跟踪镜到达所述接收准直器；所述信号光探测器连接所述接收准直器；

41、所述信标光接收光轴校正单元，具体用于通过调整所述粗跟踪镜，以使所述信标光接收光轴对准所述校准相机的靶心区域；

42、所述信号光探测器用于检测经所述接收准直器传输的信号光的光功率，并将检测到的光功率发送至所述信号光接收光轴校正单元和/或通信单元；

43、所述发射光源用于发射信号光；所述发射光源发射的信号光依次经过所述超前瞄准镜、所述合束镜、所述粗跟镜、所述反射镜到达所述天线，并通过所述天线发送至所述对端激光终端。

44、可选的，还包括：

45、独立信标光发射单元，用于向所述对端激光终端发射信标光。

46、第三方面，本发明实施例提供了一种激光终端的光轴标校装置，包括：

47、第一校正模块，用于接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

48、第二校正模块，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

49、第三校正模块，用于将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

50、本发明实施例有益效果：

51、本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端，先由第一激光终端接收第二激光终端发射的信标光，通过调节粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正。再由第一激光终端接收第二激光终端发射的信号光，并通过调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于扫描期间检测到的光功率推算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光接收光轴进行校正。然后由第二激光终端通过调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描，并由第一激光终端将扫描期间检测到的光功率发送至第二激光终端，第二激光终端基于接收到的光功率推算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光发射光轴进行校正。

52、可见，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法通过双星之间的配合来实现光轴标校，从而在实际建链中能够保证卫星激光终端的收发光轴同轴度。

53、并且，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法可以与双星之间的光信号建链流程同步进行，也可以在通信的过程中实时进行，能够有效提升卫星建链和光轴标校的效率，且能够实现全时段的光轴标校。

54、此外，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法利用了常规卫星激光终端内配置的粗跟踪镜、精跟踪镜、超前瞄准镜来实现光轴标校，不需要对卫星激光终端的结构作出改动，方案便于实现，并具体通过对信号光收发光轴、信号光接收光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端卫星数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

55、当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。