[发明专利]一种激光通信系统光学自标校装置及方法

说明书

本发明提供一种激光通信系统光学自标校装置及方法，包括捕获跟踪支路、通信接收支路、通信发射支路和自标校支路，采用望远镜、分光镜、标校准直器、光纤分束器、标校光源、标校功率计、快反镜、分色镜、发射准直器、发射激光器、聚焦镜组和探测器。本发明采用光学系统内部自标校方案，通过增加内部自标校支路，在较大入射角的境况下也可进行光轴精密对准，更好的克服环境因素带来的影响，在运输、发射、星箭分离等过程中的振动和冲击以及在轨运行中环境温度变化、应力释放等因素影响下，也能保证光轴一致性快速标定；采用高精度激光终端在轨标校技术可以提高系统指向精度，缩短捕获时间，提高建链效率，提高发射能量的利用率从而降低误码率。

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种激光通信系统光学自标校装置及方法。

背景技术

空间激光通信具有通信速率高、抗干扰和抗截获能力强、保密性好、光端机轻小型等优点。针对目前对于大容量、高速率通信技术的强烈需求，特别是在军事领域，迫切需要将海量原始数据以高速率从侦察平台直接传输或中继传输至指控终端，美国、日本、欧洲等过已经开展了多种链路的激光通信实验。

目前随着激光终端逐渐应用在通信、组网等链路上，通信距离也随之会不断增加，对链路要求也愈发严苛，激光通信系统的通信信号光的束散角是链路运算的关键指标，其束散角一般控制在几十微弧度以内，因此激光通信光学系统的收发同轴度必须控制在几微弧度甚至小于1微弧度范围内。光学系统收发同轴度决定了激光终端能否正常建立捕跟和通信链路，标定的精度也能增加链路余量，相同的通信距离能够减少系统的整体功耗。

现有技术中，《Airbone optical communication demonstrator design andpreflight test results》，出自Proceedings of the SPIE,Volume5712,p205-216(2005)，介绍了一种使用平面反射镜标校激光通信系统收发同轴度的方法。安装平面反射镜不仅增加了系统体积和重量，对粗跟踪系统的在转动也提出了较大的要求；且平面反射镜在地面发射、入轨震动等环境因素的影响，其位置与地面测试的位置会有明显变化，则通过平面反射镜反射回的光轴方向发生偏转，造成标校精度明显下降；严重情况会造成在轨过程中，不能通过平面反射镜对收发同轴进行标定。2018年12月18日由中科院西安光学精密机械研究所申请的公开号为CN109787686A，介绍了一种卫星光通信终端在轨标定及收发同轴度校正装置及方法。该技术使用在终端粗指向机构外部加角反射器的方式标校收发同轴度，实现在轨标校要求。但其角反射器的口径高达40mm，不仅增加了系统的整体重量和体积，对角反射器的安装位置和粗指向机构的转动角度也提出了更高的要求；一般角反射器的加工精度在±1″(即10μrad)内，对于更高要求的链路，其精度也不能满足使用要求。因此，现有技术中不便于激光通信终端的小型化设计，对系统转动要求都很苛刻，其标校精度也远不能满足后续的长距离链路通信，没有解决高精度自标校的问题。

发明内容

本发明是为了解决激光通信光学自标校的问题，提供一种激光通信系统光学自标校装置及方法，简化标校过程，标校精度达到小于1μrad量级，大大提高了激光通信终端建链速度，高精度标校也能够提高发射和接受支路中能量的利用率，实现更远距离、更稳定的传输。

本发明提供一种激光通信系统光学自标校装置，包括望远镜，设置在望远镜输出光路上的第一分光镜，依次设置在第一分光镜输出光路上的标校准直器、光纤分束器，设置在光纤分束器输入光路上的标校光源，设置在光纤分束器输出光路上的标校功率计，依次设置在第一分光镜的另一个输出光路上的第一快速反射镜、分色镜，依次设置在分色镜输入光路上的第二快速反射镜、发射准直器、发射激光器，设置在分色镜输出光路上的第二分光镜，依次设置在第二分光镜输出光路上的聚焦镜组、捕跟探测器和依次设置在第二分光镜另一个输出光路上的第三快速反射镜、耦合准直器、耦合光纤。

本发明所述的一种激光通信系统光学自标校装置，包括捕获跟踪支路、通信接收支路、通信发射支路和自标校支路；