便携式激光通信远场标校源装置及标校方法与流程

本说明书实施例涉及光通信，特别涉及便携式激光通信远场标校源装置。

背景技术：

1、星地激光通信是实现卫星与地面站之间高速数据传输的关键技术，具有传输速率高、保密性强、终端体积小等优点，已成为卫星互联网和空天地一体化信息网络的重要组成部分。在星地激光通信系统部署前，需要在地面对通信终端和地面站进行充分的测试验证，以确保其在真实链路条件下的可靠工作。

2、现有激光通信标校与测试技术主要包括以下几类：

3、平行光管法。平行光管是光学系统标校的常用设备，可以产生准直光束模拟无穷远目标。但传统平行光管存在口径固定、发散角不可调、无法模拟湍流等缺点。大口径平行光管虽然可以满足大口径接收天线的测试需求，但体积庞大、重量沉重，不具备便携性，且造价高昂，难以在现场快速部署。

4、空间光调制器湍流模拟器。相关技术中公开了基于空间光调制器的大气湍流模拟装置，利用液晶空间光调制器加载计算生成的相位屏来模拟湍流效应。但该类方案存在刷新速率低、相位调制深度有限、光能利用率低等问题，且无法调节发散角和模拟远场目标特性。

5、变形镜湍流模拟器。相关技术中公开了基于变形镜的大气湍流模拟装置，利用变形镜的面型变化模拟波前畸变。但现有变形镜湍流模拟器仅具备湍流模拟单一功能，缺乏发散角调节能力，无法模拟不同距离和场景下卫星信标光的远场发散特性，也未集成辅助对准功能，难以满足综合标校需求。

6、双楔形棱镜可调准直器。相关技术中公开了一种发散角连续可调的光纤准直器，利用定光楔和动光楔的组合实现出射光束发散角的连续调节。但该方案仅用于光纤准直器，未涉及湍流模拟、远场标校和辅助对准等功能；在发散角调节过程中会引起出射光束的横向偏移，未提供有效的补偿手段；也未考虑大口径接收天线的覆盖需求，缺乏与激光通信终端对准流程的集成设计。

7、综合分析，现有技术存在以下不足：缺乏将发散角调节、湍流模拟和辅助对准功能集成于一体的综合标校设备，测试人员需要分别使用多种独立设备才能完成完整的标校流程，操作繁琐且重复定位精度差；现有发散角可调方案未考虑与激光通信终端对准流程的集成，缺乏可见光辅助对准和能量反馈细调的设计；现有湍流模拟器缺乏定量控制能力，难以精确复现特定湍流统计特性；缺乏适用于现场快速部署的便携式标校源，难以覆盖大口径接收天线的测试需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本说明书实施例提供了便携式激光通信远场标校源装置，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

2、根据本说明书实施例的第一方面，提供了一种便携式激光通信远场标校源装置，包括：

3、光源模块，用于产生通信波段激光；

4、双楔形棱镜发散角调节模块，沿光路设置于光源模块之后，包括第一楔形棱镜和可沿斜面方向平移的第二楔形棱镜，通过改变第二楔形棱镜的斜面位移量，调节出射光束的发散角；

5、变形镜湍流模拟模块，沿光路设置于双楔形棱镜发散角调节模块之后，包括变形镜和高压放大器，变形镜接收驱动电压以改变镜面面型，对光束施加波前相位畸变，用于模拟大气湍流效应；

6、非球面反射镜准直模块，沿光路设置于变形镜湍流模拟模块之后，将经过发散角调节和湍流模拟后的光束准直为平行光或可控发散角光束出射；

7、可见光辅助对准模块，包括可见光激光器，可见光激光器发出的可见光与光源模块发出的通信波段激光同轴，用于辅助粗对准；

8、控制模块，与双楔形棱镜发散角调节模块、变形镜湍流模拟模块和可见光辅助对准模块通信连接，用于统一协调控制。

9、在一种可能的实现方式中，双楔形棱镜发散角调节模块还包括高精度位移滑台和滑台驱动器，第二楔形棱镜安装在高精度位移滑台上，高精度位移滑台由压电陶瓷驱动或由步进电机配合滚珠丝杠驱动，滑台驱动器与控制模块通信连接，接收位移指令并反馈实际位置。

10、在一种可能的实现方式中，变形镜为连续面型压电变形镜，包含按六边形排布的61单元压电驱动器阵列，镜面口径为25mm，镀有宽光谱高反射率介质膜，高压放大器为多通道高压放大器，各通道独立可控，输出电压范围为0至300v，分辨率不低于12bit。

11、在一种可能的实现方式中，可见光辅助对准模块的可见光激光器为532nm半导体泵浦固体激光器，可见光激光器固定在装置侧面，出厂前经同轴标校，保证可见光与光源模块的出射光束同轴。

12、在一种可能的实现方式中，非球面反射镜准直模块包括离轴抛物面反射镜，离轴抛物面反射镜的材质为碳化硅，在工作波段内的反射率不低于98%。

13、根据本说明书实施例的第二方面，提供了一种利用前述的便携式激光通信远场标校源装置实施的标校方法，其特征在于，包括以下步骤：

14、将便携式激光通信远场标校源装置放置于被测激光通信终端前方，通过三脚架固定并调平；

15、开启可见光辅助对准模块，发射可见参考光束，调节便携式激光通信远场标校源装置的整体姿态，使可见光光斑位于被测激光通信终端的接收天线中心区域，完成粗对准；

16、关闭可见光辅助对准模块，切换至光源模块的通信波段激光出射，开启被测激光通信终端的光功率监测功能，实时记录接收光功率；

17、以粗对准位置为中心，在俯仰方向和方位方向上对便携式激光通信远场标校源装置或被测激光通信终端进行步进扫描，每移动一步记录当前接收光功率，将指向位置移至接收功率最大处，完成精细对准；

18、通过控制模块设定目标发散角，控制模块根据预存的标定数据反查第二楔形棱镜的目标位移量，驱动第二楔形棱镜移动至目标位置，使出射光束的发散角覆盖接收天线的接收视场；

19、通过控制模块设定模拟场景参数，生成符合kolmogorov统计理论的湍流相位屏，计算变形镜的驱动电压序列，将驱动电压序列施加至变形镜，使变形镜产生对应的面型变化，对光束施加波前相位畸变，模拟大气湍流效应；

20、开启被测激光通信终端的扫描捕获模式，开启便携式激光通信远场标校源装置的输出，记录从扫描开始到成功捕获的时间，重复多次，统计平均捕获时间和捕获成功率。

21、在一种可能的实现方式中，精细对准步骤中，逐步减小扫描步长，从50μrad递减至5μrad，直至接收功率达到稳定最大值，记录最终对准位置的接收功率作为标校基准。

22、在一种可能的实现方式中，湍流相位屏的生成采用功率谱反演法配合次谐波补偿，具体包括：

23、输入模拟场景参数，模拟场景参数包括卫星轨道高度、天顶角、地面折射率结构常数和等效风速，计算等效fried参数和等效格林伍德频率；

24、采用修正von karman功率谱进行频域滤波，经逆傅里叶变换得到初始相位屏；

25、在低频区域进行次谐波采样，生成补偿相位屏，将补偿相位屏叠加至初始相位屏，得到目标相位屏；

26、验证目标相位屏的相位结构函数与理论值的符合度，偏差小于10%时确认目标相位屏有效。

27、在一种可能的实现方式中，驱动电压序列的求解包括：获取预标定的变形镜影响矩阵，影响矩阵通过依次对每个驱动器施加单位电压并测量对应的镜面形变获得；采用正则化最小二乘法，根据目标相位屏和影响矩阵求解驱动电压向量，驱动电压向量通过奇异值分解提高数值稳定性；变形镜按照求解得到的驱动电压向量开环施加面型变化。

28、在一种可能的实现方式中，标定数据通过以下步骤预先获得：将便携式激光通信远场标校源装置固定于精密调节平台上，使出射光束沿平行光管的光轴入射，在平行光管的焦面位置安装光束质量分析仪；将第二楔形棱镜移至初始位置，测量焦面光斑直径，计算当前发散角；将第二楔形棱镜从初始位置逐步移动至最大行程，以固定步长在各标定点重复测量实际发散角，记录各标定点的位移量和对应的实际发散角；对获得的离散标定数据进行多项式拟合，建立位移量与发散角之间的解析关系，将拟合得到的多项式系数或完整的位移量-发散角查找表写入控制模块的固件中。

29、根据本说明书实施例的第三方面，提供了一种计算设备，包括：

30、存储器和处理器；

31、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现上述便携式激光通信远场标校源装置的步骤。

32、根据本说明书实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该指令被处理器执行时实现上述便携式激光通信远场标校源装置的步骤。

33、根据本说明书实施例的第五方面，提供了一种计算机程序，其中，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述便携式激光通信远场标校源装置的步骤。

34、本说明书实施例提供便携式激光通信远场标校源装置及标校方法，其中所述便携式激光通信远场标校源装置包括：包括光源模块、双楔形棱镜发散角调节模块、变形镜湍流模拟模块、非球面反射镜准直模块、可见光辅助对准模块和控制模块。通过双楔形棱镜的斜面位移实现发散角的连续调节，覆盖大口径接收天线视场；采用变形镜施加波前相位畸变模拟大气湍流效应；利用可见光粗对准与接收端能量反馈细调相结合的两步对准方式，实现无需闭环波前监视系统的高精度对准。本技术集成发散角调节、湍流模拟和辅助对准功能于一体，整机体积小、重量轻、便于现场部署，能够为星地激光通信地面站及固体激光通信终端提供全面的综合标校测试。