[发明专利]一种运动平台激光通信终端的紧凑型轻量化设计方法

说明书

本发明公开了一种运动平台激光通信终端的紧凑轻量型设计方法，本方法主要通过将传统旋转双棱镜设计成周期性锯齿状结构，在周期性锯齿状旋转双棱镜结构中，光束通过第一锯齿状旋转棱镜、第二锯齿状旋转棱镜，产生光束偏转。第一电机和第二电机分别带动第一锯齿状旋转棱镜和第二锯齿状旋转棱镜独立绕轴偏转，使得光束按照给定的偏转角和方位角出射。周期性锯齿状旋转双棱镜结构在保证一定偏转角度和有效通光口径的前提下，能够大幅减小旋转双棱镜的体积和重量。同时避免了微观光栅结构的衍射问题，使光束具有更高的透过率和更高的偏转精度。

技术领域

本发明涉及光束控制领域，尤其涉及一种运动平台激光通信终端的紧凑轻量型设计方法。

背景技术

激光通信一直以来都是通信领域的研究热点，激光通信以激光为载体，具有传输速率快，体积小，抗干扰能力强、保密性高等特点。而运动平台激光通信终端作为天地一体化的激光通信网络的重要节点，对载荷的尺寸、重量和功耗有更严格的要求。

目前在激光通信中主要采用万向架、反射镜等传统机械扫描装置。万向架可进行大角度的旋转，但体积大、动态响应能力差；反射镜响应速度快，但偏转角度较小，对振动敏感。旋转双棱镜作为光束指向控制装置，具有结构紧凑、指向精度高、可实现大口经光束进行大角度偏转，损耗小、造价便宜等优点，在激光通信中有良好的应用途径。在先技术(专利号：201710450647.8)提出基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法，可以减小旋转双棱镜的体积、重量，但具有较强的衍射效应，影响光束传输效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题：由于运动平台激光通信终端对载荷有严格的尺寸、重量和功耗要求，传统的机械扫描装置如万向架、反射镜等很难实现结构紧凑轻便，大角度光束偏转的要求。传统的旋转双棱镜虽然能够做到结构紧凑，光束大角度偏转的要求，但随着口径的增大，体积以及重量也会增大。

本发明采用的技术方案为：一种运动平台激光通信终端的紧凑轻量型设计方法，将运动平台激光通信中的旋转双棱镜光束扫描装置，通过精密切割或多块棱镜拼接而成周期锯齿状旋转双棱镜光束扫描装置。在增大口径的同时能保证整个装置结构紧凑轻量化。

一种运动平台激光通信终端的紧凑轻量型设计方法，所述结构包括周期性第一锯齿状旋转棱镜，第二锯齿状旋转棱镜，第一电机，第二电机，分光镜，捷联惯性测量单元，快反镜，探测器，缩束器，激光发射器。

周期性锯齿状旋转双棱镜可以使得系统体积和质量减少，使得整个系统结构紧凑轻量化。电机的主要作用是带动周期性第一锯齿状旋转棱镜和第二锯齿状旋转棱镜独立绕轴转动。

分光镜主要是通过本地通信终端发射出的光束，与远端通信终端解调后的光束波长不一致，从而使得发射光束与解调后的光束分离开来。

捷联惯性测量单元可以测得平台的三轴加速度和速度，通过坐标变换的方式将平台振动解算到棱镜的旋转轴和快反镜的偏转方向上，从而实现振动的抑制。

快反镜通过偏转角度使得光束能够进行快速小角度偏转，让光束稳定高速精确到达目标位置。

探测器在运动平台激光通信终端中主要是探测来自通信过程中远端通信终端解调后的光束。

缩束器主要是保证本地通信终端光斑发出的较大光束能够限制在成像设备中，以及远端通信终端发出的较弱光束能够被探测器所探测到。

本发明在激光通信过程中对光束的控制主要有以下几个方面：

第一锯齿状旋转棱镜、第二锯齿状旋转棱镜垂直于发射光束传播方向平行放置。第一电机、第二电机放置在第一锯齿状旋转棱镜、第二锯齿状旋转棱镜边缘，带动第一锯齿状旋转棱镜、第二锯齿状旋转棱镜独立绕轴转动。将缩束器平行放置在锯齿状旋转双棱镜的正前方，保证光斑较大的光束和较弱的光束都能通过锯齿状旋转双棱镜从而被探测到。