[发明专利]一种双快速反射镜精跟踪装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于捕获跟踪瞄准领域，涉及一种新的精跟踪装置及方法，具体的说是一种双快速反射镜精跟踪装置及方法

技术背景

在空间量子激光通信捕获跟踪瞄准系统中，常常需要精跟踪系统既具有较大的校正范围，又要有较高的跟踪精度，这就要求快速反射镜校正范围大、模态频率高，图像探测器的视场大、工作帧频高。而快速反射镜的模态与柔性支撑的刚度有关，刚度越高，模态频率越高，能达到的闭环带宽也就越高，但刚度越大，同样的驱动能力对应的偏转范围就越小，因此快速反射镜偏转范围与闭环带宽存在矛盾；阵列式探测器视场与靶面大小有关，靶面越小，工作帧频越高，但靶面越小，精跟踪系统的视场越小，因此探测器的视场与工作帧频也存在矛盾。在以往的精跟踪装置中，控制器同时用精探测器的信号控制精快速反射镜FSM和高精探测器的信号控制高精快速反射镜FSM实现对信标光的高精度跟踪，在这种工作模式下，高精FSM的偏转不会影响精探测器的信号，高精FSM可独立校正由高精探测器测量到的精FSM的跟踪残差和抖动，两个反射镜之间无耦合，可实现系统的高精度稳定跟踪。这种精跟踪装置的缺点是通信光在光路上经过了两块分光镜才到达接收模块，其传输效率特别是通信光偏振保真度会受到一定影响。

发明内容

本发明要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种双快速反射镜精跟踪装置及方法，能够减小通信光传输损耗（效率和偏振保真度），在保证通信光传输效率和偏振保真度的条件下实现了对信标光的大范围高精度的稳定跟踪；而且不需要增加额外的传感器和反射镜，易于在工程系统中实现。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种双快速反射镜精跟踪装置包括：精快速反射镜1、高精快速反射镜2、精探测器3、高精探测器4、通信光5、信标光6、通信光接收模块7、第一中继分光镜8、第二中继分光镜9和控制器10；其中精快速反射镜1、高精快速反射镜2布置在通信光接收模块7的前面；所述通信光接收模块7布置在高精快速反射镜2和高精探测器4之间，通信光5和信标光6由远距离的另一通信终端发出；

在通信光传输不受大气湍流影响的实验室条件下，本地的通信终端和另一通信终端保持相对静止状态时，将本地的通信终端和另一通信终端保持相对静止状态对准后，控制器10将精快速反射镜1和高精快速反射镜2保持在零位状态，从远距离另一通信终端发出的通信光5和信标光6同时分别经过精快速反射镜1和高精快速反射镜2全反射，全反射后的通信光5经第一中继分光镜8全反射后进入通信光接收模块7；全反射后的信标光6经第一中继分光镜8透射后到达第二中继分光镜9，第二中继分光镜9反射的信标光6进入精探测器3靶面，第二中继分光镜9透射的信标光6进入高精探测器4靶面；

在空间光通信试验中，本地的通信终端和另一通信终端保持相距5km～600km的距离，由于大气湍流引起的信标光和通信光的光斑的晃动以及两通信终端之间的相对运动，本地通信终端中接收视场最大的精探测器3无法直接探测到信标光6，接收视场较小的高精探测器4和接收视场最小的通信光接收模块7更不可能接收到信标光6和信号光5，因此在精快速反射镜1和高精快速反射镜2保持零位状态时，信标光6无法很难进入高精探测器4的靶面，通信光接收模块7也不可能接收到信号光5，无法建立本地的通信终端和另一通信终端之间的光链接，此时，本地通信终端首先通过外部粗捕获机构对信标光实现粗捕获，通信终端的粗捕获跟踪机构只能够保证在精快速反射镜1和高精快速反射镜2保持零位状态时信标光6经过精快速反射镜1全反射、高精快速反射镜2全反射、第一中继分光镜8透射、第二中继分光镜9反射后能够进入到接收视场较大的精探测器3靶面，但该外部粗捕获机构无法保证信标光6和通信光5分别进入接收视场较小的高精探测器4和接收视场最小的通信光接收模块7，此时控制器10根据精探测器3信号控制精快速反射镜1偏转，使信标光6进入精探测器3靶面的中心区域，并同时进入高精探测器4靶面，控制器10根据高精探测器4信号控制控制高精快速反射镜2偏转并同时将高精快速反射镜2的偏转位置引导精快速反射镜1随动偏转，使信标光6一直稳定在高精探测器4的视场中心，保证了通信光5完全被通信光接收模块7接收。

所述的精快速反射镜1的偏转范围大于等于±10mrad，一阶谐振频率大于等于10Hz，二阶谐振频率大于等于60Hz。

所述精探测器3的工作帧频为50Hz～200Hz，靶面大小512*512。

所述高精快速反射镜2的偏转范围大于等于±1mrad，一阶谐振频率大于等于300Hz，二阶谐振频率大于等于1KHz。