[发明专利]大气激光通信系统中信标光轴精密定位系统

权利要求书

1、一种大气激光通信系统中信标光轴精密定位系统，其特征在于，该系统是由光学接收天线(1)，振镜(2)，分光棱镜(3)，哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)，振镜控制器(5)，透镜(6)和普通CCD相机(7)组成；其中哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)是由缩束器(8)、微透镜阵列(9)、EMCCD高帧频相机(10)、FPGA现场可编程门阵列(11)、DMA控制器(12)和DSP数字信号处理单元(13)构成；光学接收天线(1)和振镜(2)依次同轴排列，振镜(2)的镜面与光学接收天线(1)的出射光束成45度角放置；

分光棱镜(3)在光学接收天线(1)与振镜(2)所成轴的垂直方向放置，并与振镜(2)同轴排列；

哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)与振镜(2)、分光棱镜(3)同轴排列，并在分光棱镜(3)的光束透射方向上；

振镜控制器(5)一端与振镜(2)通过电线连接，另一端通过电线连接到哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)上；振镜(2)和分光棱镜(3)、哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)、振镜控制器(5)构成光闭环电开环的信标光轴精密定位系统；

透镜(6)在分光棱镜(3)的光束反射方向上；普通CCD相机(7)、透镜(6)和分光棱镜(3)依次同轴排列。

2、光学接收天线(1)接收经过大气的信标光，并对信标光进行缩束后入射到振镜(2)；

入射到振镜(2)的光束通过振镜(2)的镜面反射，入射到分光棱镜(3)，由分光棱镜(3)分出两束光，一束光直接入射到哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)，另外一束光沿着与光学接收天线(1)出射光束的反方向入射到透镜(6)；

哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)实时检测信标光轴偏移量，并将控制参数通过以太网传输给振镜控制器(5)；

振镜控制器(5)通过控制参数对振镜(2)的反射镜面的方向进行实时调整，实现信标光轴指向的实时校正；

透镜(6)接收来自分光棱镜(3)的光束，经透镜(6)聚焦后由普通CCD相机(7)接收；透镜(6)和普通CCD相机(7)组成的系统具有两个作用，作用一是得到信标光轴在普通CCD相机(7)上的偏移量，用来与入射哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)的信标光轴偏移量进行对比；作用二是用来监测哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)对信标光轴精密校正后的光斑图像。

3、如权利要求1所述的哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)，其特征在于，由缩束器(8)，微透镜阵列(9)，EMCCD高帧频相机(10)依次刚性连接组成高准直哈特曼图像传感器装置，用来探测基于阵列多孔径的光斑分布图像，根据泽尼克多项式模式法和微弱信号的检测技术，来检测受大气湍流影响的信标光轴偏移量；

FPGA现场可编程门阵列(11)用来快速获取数字图像数据，作为DSP数字信号处理单元(13)的缓存，提高图像处理的速度；

DMA控制器(12)为快速数据传输通道；

DSP数字信号处理单元(13)由两部分构成：一部分是图像数据实时处理系统C64xx，用来实时计算信标光轴偏移量，另一部分是控制信号处理系统C28xx，用来实时计算振镜(2)的控制参数。

4、如权利要求1所述的大气激光通信系统中信标光轴精密定位系统中，有一套完整精度高、实时性好的光轴精密定位程序；

其流程为：

步骤(100)开始，光轴精密定位程序的开始命令；

步骤(110)是FPGA现场可编程门阵列(11)捕获一帧图像为DSP数字信号处理单元(13)提供数据源；

步骤(120)是判断图像是否捕获到，捕获到进行步骤(130)，否则返回步骤(110)；

步骤(130)是DSP数字信号处理单元(13)的图像数据实时处理系统C64xx对微弱信号进行处理，计算哈特曼传感器光轴精密定位单元(4)的子孔径接收到的光斑的质心；

步骤(140)是用泽尼克多项式模式法计算信标光轴的偏移量；

步骤(150)是对数据优化和传输，删除误差大的信标光轴偏移量数据，将信标光轴偏移量传输给DSP数字信号处理单元(13)的控制信号处理系统C28xx；

步骤(160)是DSP数字信号处理单元(13)的控制信号处理系统C28xx根据信标光轴偏移量实时计算振镜(2)控制参数，将振镜(2)的控制参数传输给振镜控制器(5)；

步骤(170)是振镜控制器(5)根据从DSP数字信号处理单元(13)的控制信号处理系统C28xx接收到的控制参数对振镜(2)进行实时控制，达到对信标光轴的精密定位；

步骤(180)是判断是否结束，否，则继续处理下一帧图像数据，转到步骤(110)循环处理；是，则转到步骤(190)；

步骤(190)是结束程序。