一种激光通信捕获跟踪系统及其捕跟方法_3

文档序号:9600494阅读:来源:国知局
中:可变焦液晶透镜接收偏振分束器发送的发射光束,可变焦透 镜波控器接收自适应控制器发送的发散角控制指令,将该指令转换为波控电压Un (t),可变 焦液晶透镜在所述波控电压Un(t)的控制下对发射光束的发散角进行调整。调整后的发射 光束依次通过液晶光楔和液晶光学相控阵发送到对方通信端。但当跟踪探测模块计算得到 的视轴误差信号ef(t)满足如下条件时:|ef(t) | <Eth,则自适应控制器不再向可变焦液晶 透镜发送光束发散角控制指令,即不进行发射光束发散角调整。在整个捕获跟踪过程中,可 变焦液晶透镜控制发射光束的发散角变化曲线如图2所示。
[0048]在光束接收过程中:液晶光学相控阵单元接收通信端发送的光束,所述接收光束 依次通过液晶光楔单元和可变焦液晶透镜单元,发送到偏振分束器。
[0049] 其中:在光捕获过程中,液晶光学相控阵作为执行机构,液晶相控阵波控器接收自 适应控制器发送的光束偏转控制指令,将该指令转换为液晶光学相控阵的波控电压Uc(t), 液晶光学相控阵在该波控电压Uc(t)的控制下进行视轴调整。在光跟踪过程中,液晶光楔 作为执行机构,液晶光楔波控器接收自适应控制器发送的光束偏转控制指令,将该指令转 换为液晶光楔的波控电压Uf (t),液晶光楔在该波控电压Uf (t)的控制下进行视轴调整。
[0050] (5)、自适应控制器
[0051]自适应控制器作为激光通信跟踪系统的计算控制中心,实时接收和处理捕获探测 模块和跟踪探测模块发送的视轴误差信号和接收信号功率,用于控制可变焦液晶透镜、液 晶光学相控阵和液晶光楔。
[0052]在光捕获过程中,自适应控制器接收捕获探测模块发送的接收光功率和视轴 误差信号%(t);根据接收光功率匕。计算光束发散角θM2,并根据光束发散角ΘΜ2生成光束 发散角控制指令,发送到可变焦液晶透镜波控器。同时根据视轴误差信号ejt)生成光束 偏转控制指令,发送到液晶相控阵波控器。其中,自适应控制器根据接收光功率计算光 束发散角θM2的具体计算公式如下:
[0054] 其中:Pt为设定的发射光功率;nt为设定的发射天线效率;ru为设定的接收天线 效率;Lwf为设定的波前畸变损耗;Lpt为设定的发射瞄准损耗;Ld为设定的空间几何损耗;G, 为设定的接收天线增益;PM。为设定的捕获链路余量。
[0055] 在光跟踪过程中,自适应控制器接收跟踪探测模块发送的接收光功率Prf和视轴 误差信号ef(t);根据接收光功率匕,计算光束发散角θM2,并根据光束发散角ΘΜ2生成光束 发散角控制指令,发送到可变焦液晶透镜波控器。同时根据视轴误差信号ef(t)生成光束 偏转控制指令,发送到液晶光楔波控器。其中,自适应控制器根据接收光功率^十算光束 发散角ΘΜ2,具体计算公式如下:
[0057] 其中:Pt为设定的发射光功率;qt为设定的发射天线效率;rU为设定的接收天线 效率;Lwf为设定的波前畸变损耗;Lpt为设定的发射瞄准损耗;Ld为设定的空间几何损耗;G, 为设定的接收天线增益;PMf为设定的跟踪链路余量。
[0058](二)、捕跟方法
[0059] 基于本发明的激光通信捕获跟踪系统,进行液晶光学相控阵光束发散角自适应控 制的捕跟方法,可用于在主动终端Μ和从动终端S之间建立空间激光通信链路。这两个终 端具有各自的激光通信捕获跟踪系统。
[0060] 该捕跟方法的具体实现步骤如下:
[0061](1)、主动终端Μ的激光通信捕获跟踪系统发射非调制光信号的光束,对从动终端 S的预置不确定区域进行扫描;其中,所述激光通信捕获跟踪系统的自适应控制器根据捕 获探测模块发送的接收光信号功率计算发射光束的发散角,并通过控制可变焦透镜单元实 现发射光束的发散角调整;同时所述自适应控制根据捕获探测模块发送的视轴误差信号生 成光束偏转控制指令,发送到液晶光学相控阵单元,由液晶光学相控阵单元实现视轴调整, 发射光束对从动终端S的预置不确定区域进行扫描;
[0062](2)、当从动终端S的捕获探测模块接收到主动终端Μ发送的光信号,且所述光信 号功率达到所述捕获探测模块的灵敏度时,从动终端S的激光通信捕获跟踪系统向主动终 端Μ发送非调制光信号;
[0063](3)、主动终端Μ和从动终端S各自根据捕获探测模块计算得到的接收光收信号功 率和视轴误差信号,调整发射光束的发散角和视轴;
[0064](4)、当主动终端Μ和从动终端S的跟踪探测模块接收到光信号功率达到各自跟 踪探测模块的灵敏度时,开始由跟踪探测模块计算得到的接收光收信号功率和视轴误差信 号,调整发射光束的发散角和视轴;
[0065] (5)、当主动终端Μ和从动终端S的跟踪探测模块计算得到的视轴误差信号低于设 定门限值时,自适应控制器不再对发射光束的发散角进行调整并且两个通信端互相发送调 制光信号进行激光通信。
[0066] 其中,在步骤(1)中,主动终端Μ的自适应控制器根据卫星星历表和轨道参数计算 从动终端S的预置不确定区Ω。
[0067] 一旦激光通信链路中断,自适应控制器根据粗捕获探测器和精跟踪探测获取的视 轴误差信号,从步骤(1)开始控制液晶光学相控阵天线重新进行捕获跟踪。
[0068] 以上所述,仅为本发明一个【具体实施方式】,但本发明的保护范围并不局限于此,任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都 应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0069] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种激光通信捕获跟踪系统,其特征在于:包括数据发射模块、偏振分束器、第一分 束器、第二分束器、捕获探测模块、跟踪探测模块、液晶光学相控阵天线和自适应控制器;其 中: 数据发射模块:生成光束发散角为Θ M1的光信号并发送到偏振分束器;偏振分束器:对 发射光束和接收光束进行分离,将从自适应液晶光学相控阵天线接收到的接收光束发送到 第一分束器,并将从数据发射模块接收的发射光束发送到自适应液晶光学相控阵天线;第 一分束器:接收偏振分束器发送的接收光束,并分为两份,其中一份发送到外部数据接收模 块,另一份发送到第二分束器;第二分束器:将第一分束器发送的接收光束分为两份,其中 一份发送到捕获探测模块,另一份发送到跟踪探测模块;捕获探测模块:对接收光束进行 探测,得到视轴误差信号ejt)和接收光功率P rc,并发送到自适应控制器;跟踪探测模块: 对接收光束进行探测,得到视轴误差信号ef (t)和接收光功率Prf,并发送到自适应控制器; 液晶光学相控阵天线:包括液晶光学相控阵单元、液晶光楔单元和可变焦液晶透镜单 元,所述三个单元依次分布同一直线上,光轴重合且口径相同;在光束发射过程中:可变焦 液晶透镜单元接收偏振分束器发送的发射光束,并接收自适应控制器发送的光束发散角控 制指令,按照所述控制指令调整发射光束的发散角,调整后的发
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