一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端及其测试方法与流程

本发明属于激光通信领域，涉及一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端及其测试方法。

背景技术：

1、在航天通信技术领域，激光通信终端因其高速率、低延时和高安全性等特点，成为卫星通信的重要手段之一。然而，由于空间环境的复杂性，如温度变化、振动和辐射等因素，激光通信终端在轨运行时常常面临光学系统焦距变化的问题。这些问题会导致通信质量下降，甚至无法建立有效的通信链路。传统的调焦方案主要依赖于地面调试及试验验证，虽然能在一定程度上解决问题，但存在调试过程复杂、效率低下，调焦机构及控制系统复杂，难以满足激光终端集成化设计和批量生产能力提升，甚至影响在轨快速稳定建链工作。

2、现有技术中，尽管已经有一些针对激光通信终端焦距变化的解决方案，但仍存在明显的局限性。例如，地面调试需要大量的人工干预，不仅耗时费力，而且难以保证每次调试后的性能一致性。而且当前针对星载产品焦面补偿机构体积尺寸大、控制系统复杂，无法满足激光通信终端小型化和集成化设计要求，增加了系统的维护难度和风险。此外，这些方法往往只能在特定条件下有效，对于动态变化的空间环境适应能力较差，无法确保长期稳定的通信性能。因此，开发一种能够自动适应在轨环境变化的小型化焦面补偿技术显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有在轨真空焦面补偿功能的激光通信终端，为解决激光通信终端入轨后光学系统焦距变化问题提供了解决方案及测试方法，可有效提高激光终端研制效率和在轨焦面补偿效果。

2、本发明采用的技术方案为：

3、本发明公开了一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，包括：角反射器、光学天线、第一分光镜、第二分光镜、第一快速反射镜、捕跟探测器、缩束镜组、焦面补偿机构和综合处理模块；其中，

4、光学天线，对通过角反射器反射的或者由外部目标激光终端发射的空间激光信号进行反射或透射后经由第一分光镜反射后进入第二分光镜；根据综合处理模块发送的天线指向角度控制指令，调整接收空间激光信号的角度；

5、第二分光镜，对接收信号光按照一定比例进行分光，一部分光束入射至捕跟探测器；另一部分光束入射至第一快速反射镜；

6、捕跟探测器，用于解算接收光斑的实时位置，将接收到的光信号的位置信息，输出至综合处理模块；

7、综合处理模块，根据所述位置信息，解算出跟踪误差；根据跟踪误差，向光学天线发送天线指向角度控制指令，向第一快速反射镜，发送小角度调整控制指令；将焦面补偿机构发送的补偿后的光信号进行解调，得到目标信号；根据经由焦面补偿机构发送的光信号能量，向焦面补偿机构发送位置补偿控制指令；

8、第一快速反射镜，根据所述小角度调整控制指令，调整入射光束的传播方向，发送给缩束镜组；

9、缩束镜组，对第一快速反射镜反射的光束进行缩束后，传递至焦面补偿机构所负载的接收光纤；

10、焦面补偿机构，根据综合处理模块发送的位置补偿控制指令，对接收光纤沿光轴方向的位置进行调整，使经过缩束镜组汇聚后的光束焦点能与接收光纤端面重合，将补偿后的光信号能量调整到最大后输出至综合处理模块。

11、进一步地，在上述终端中，还包括第二快速反射镜、准直器和光纤放大器；其中，

12、所述综合处理模块，输出调制后的激光信号，进入光纤放大器；

13、光纤放大器，对调制后的激光信号进行光信号功率放大后，输出给准直器；

14、准直器，将放大后的光信号进行准直，将准直后的光束发射至第二快速反射镜；

15、第二快速反射镜，根据综合处理模块发送的小角度控制指令，对准直后光束的出射方向进行调整后，通过第一分光镜发送给光学天线；

16、光学天线，将第一分光镜发送的光束进行扩束后，完成对目标终端的激光信号发射。

17、进一步地，在上述终端中，所述角反射器，安装在终端本体或附近支架处，处于终端视场范围内；所述光学天线为离轴式望远镜或透射式望远镜；所述分光镜为偏振分光镜，将入射光分成两束：一束为垂直偏振光，另一束为水平偏振光；所述准直器为反射式或透射式光纤准直器；所述角反射器由三个互相垂直的平面镜组成，用于将入射光沿原路径返回。

18、进一步地，在上述终端中，所述捕跟探测器为四象限探测器或cmos相机；所述焦面补偿机构为带有位置传感器的压电直线运动机构，用于带动接收光纤沿光轴方向前后移动，实现焦面闭环补偿；所述缩束镜组为空间光至光纤耦合器件，用于将空间光束耦合进单模保偏光纤。

19、进一步地，在上述终端中，所述快速反射镜为音圈振镜或压电陶瓷振镜，角度行程范围不小于1mrad，执行精度不低于0.1urad。

20、进一步地，在上述终端中，所述光纤放大器为保偏光纤放大器，最大输出光功率至少为6w且功率连续可调，工作波段为1550nm波段。

21、进一步地，在上述终端中，所述分光镜的透射与反射分光比为1：1至1：10。

22、进一步地，在上述终端中，所述综合处理模块用于产生900nm~1550nm波段的强度调制或相位调制的发射激光信号，并对接收到的900nm~1550nm波段强度调制或相位调制激光信号的探测、采样、解调和译码。

23、本发明公开了一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端的在轨自标校测试方法，包括：

24、s1、激光终端加电及温控状态确认；

25、s2、设置第一快速反射镜和第二快速反射镜同轴；

26、s3、驱动光学天线指向角反射器，使光学天线发射出口转动到自标校角度位置；

27、s4、设置综合处理模块激光器发出信号光，设定信号波长及调制参数；

28、s5、打开捕跟探测器，根据目标需求，设置捕跟探测器曝光参数和增益参数；

29、s6、根据需求，选择光学天线的接收通道；

30、s7、设置光纤放大器参数，打开光纤放大器；

31、s8、调整焦面补偿机构到接收光信号能量最强的位置并保持；

32、s9、综合处理模块判断发射激光遥测状态、捕跟探测器遥测以及接受信号光能量是否满足要求，若否，则重复步骤s3~s8，若是，则测试通过。

33、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

34、（1）本发明采用一体化和集成化设计，通过在光学头系统耦合接收支路设置调焦机构，使得接收光纤端面与系统耦合焦面能够在不同环境下实现最优匹配，可实现在轨焦面实时补偿。

35、（2）本发明采用调焦机构位置闭环控制设计，将调焦机构焦面位置反馈信号与系统接收能量信号相关联，形成闭环控制，通过调焦机构精确移动，实现焦点位置的最佳匹配。

36、（3）本发明采用角反射器进行激光终端自标校，通过自发自收信号光，可对系统接收支路耦合效率进行自检，并根据接收能量信号对焦面位置进行初步调优，为建立星间链路奠定基础，提高了建链效率。

1.一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于，包括：角反射器、光学天线、第一分光镜、第二分光镜、第一快速反射镜、捕跟探测器、缩束镜组、焦面补偿机构和综合处理模块；其中，

2.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于，还包括第二快速反射镜、准直器和光纤放大器；其中，

3.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述角反射器，安装在终端本体或附近支架处，处于终端视场范围内；所述光学天线为离轴式望远镜或透射式望远镜；所述分光镜为偏振分光镜，将入射光分成两束：一束为垂直偏振光，另一束为水平偏振光；所述准直器为反射式或透射式光纤准直器；所述角反射器由三个互相垂直的平面镜组成，用于将入射光沿原路径返回。

4.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述捕跟探测器为四象限探测器或cmos相机；所述焦面补偿机构为带有位置传感器的压电直线运动机构，用于带动接收光纤沿光轴方向前后移动，实现焦面闭环补偿；所述缩束镜组为空间光至光纤耦合器件，用于将空间光束耦合进单模保偏光纤。

5.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述快速反射镜为音圈振镜或压电陶瓷振镜，角度行程范围不小于1mrad，执行精度不低于0.1urad。

6.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述光纤放大器为保偏光纤放大器，最大输出光功率至少为6w且功率连续可调，工作波段为1550nm波段。

7.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述分光镜的透射与反射分光比为1：1至1：10。

8.根据权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端，其特征在于：所述综合处理模块用于产生900nm~1550nm波段的强度调制或相位调制的发射激光信号，并对接收到的900nm~1550nm波段强度调制或相位调制激光信号的探测、采样、解调和译码。

9.如权利要求1所述的一种具有在轨焦面补偿功能的激光通信终端的在轨自标校测试方法，其特征在于，包括：