一种星载激光通信设备地面调试方法与流程

1.本发明涉及激光通信技术，具体是一种星载激光通信设备地面调试方法。


背景技术：

2.随着太空资源的不断开发，星间、星地通信网逐渐成为全球通信网中重要的组成部分。实现星载通信所采用载波有微波和光波两种，随着太空活动愈发频繁，图像、视频等业务量也不断增加，微波通信传输容量不足的短板愈加凸显。激光通信具有传输速率高、体积小、功耗低、重量轻、保密性好、抗干扰能力强的优点，激光通信的这些优点，使它非常适合搭载卫星平台，特别是在小卫星平台上的运用，同时，激光通信有广泛应用前景。随着近几年商业航天的飞速发展，星载激光通信也吸引了越来越多的目光，因此星载光通信已成为卫星通信重点发展的方向之一。
3.随着星载激光通信设备在航天领域被广泛应用，批量化、低成本化成为了发展趋势，这就对星载激光通信设备的调试速度及通用性提出了新的要求。星载激光通信系统一般由信号接收光路、精跟踪光路、信号发射光路、信标发射光路和粗跟踪光路等光路组成，在地面必须将这些光路调平行，使得各个光路调到最佳成像效果才能保证设备进入预定轨道后能与另外设备完成捕获、跟踪、对准并实现通信。由于太空为真空环境，而地面调试为常压环境，因此在地面调试时需要采取一定的措施来补偿压强的影响。
4.目前星载激光通信设备采取的补偿方式主要有两种：1.加补偿镜补偿，即在地面调试时在设备前加上设计好的补偿镜进行调试，在常压下调试完成后，取下补偿镜，此时设备满足真空下像质最佳的使用条件；2.真空离焦补偿，即在常压下调到焦点以后，根据软件仿真出的真空和常压下的焦点位置的差异，将探测器或光纤移动相应距离，此时设备满足真空下像质最佳的使用条件。方案1调试繁琐，补偿镜需要额外工装，加入补偿镜增加了额外的变量，并且一种补偿镜只适用一路光路，对不同光路需要不同补偿镜，调试时间长，补偿镜附加费用高；方案2不能保证离焦移动时完全沿轴向移动，会引入偏心和倾斜误差、无法量化，可靠性差、操作性不高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种星载激光通信设备地面调试方法。这种方法可操作性强、操作简单、可靠性好、实施成本低、利于批量化，在星载激光通信设备调试应用方面具有较好的实用价值。
6.实现本发明目的的技术方案是：一种星载激光通信设备地面调试方法，包括如下步骤：1）设计光学系统：采用光学设计软件设计完成星载激光通信系统，星载激光通信系统的环境条件为实际星载激光通信系统的工作环境，即真空环境，记录此时星载激光通信系统的mtf；2）记录光学系统调制传递函数：在光学设计软件中将系统环境条件更改为常压，
记录此时光学系统调制传递函数mtf，在mtf曲线图中光学系统mtf曲线越接近衍射极限曲线，说明成像效果越好；3）更改系统工作波长：在光学设计软件中更改星载激光通信系统工作波长，初始采用大波长间隔调节，调节波长间隔为3nm
‑
10nm，初步确定调试波长所在范围即调节波长后使mtf曲线最靠近衍射极限时mtf曲线，此时调试波长所在范围为初步确定调试波长范围，确定调试波长范围之后，再采用小波长间隔调节，调节波长间隔为0.05nm
‑
0.2nm并搜索，每次更改波长之后，更新系统参数即mtf曲线图参数，获得此时星载激光通信系统的mtf，将此时星载激光通信系统的mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对；4）保存波长值λ1：当步骤3）获得的星载激光通信系统mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对最相近时，即mtf值相差最小时，保存此时小波长间隔调节时的波长值λ1；5）调试：采用步骤4）保存的波长值λ1对星载激光通信系统进行地面光路调试；6）修正调试波长：在真空罐中对星载激光通信系统进行测试，获得此时星载激光通信系统实际mtf，用mtf对比步骤3）中仿真结果mtf，依据真空罐中的mtf结果找出最接近的波长λ2，获得波长修正量（λ1
‑
λ2）=
△
λ，确定最终的调试波长为λ1
△
λ。
7.本技术方案中的星载激光通信系统中的光学系统可以是透射式或折反式受气压影响的光学系统。
8.本技术方案在光学仿真软件中调整调试波长值来补偿真空与常压的压强变化，只需要软件操作和调试激光器便可以达到补偿效果，不会额外增加调试难度；本技术方案适用激光通信设备各路光学系统调试，只需调节调试激光器波长。
9.这种方法可操作性强、操作简单、可靠性好、实施成本低，在星载激光通信设备调试应用方面具有较好的实用价值。
附图说明
10.图1为实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
11.下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
12.实施例：参照图1，一种星载激光通信设备地面调试方法，包括如下步骤：1）设计光学系统：采用光学设计软件设计完成星载激光通信系统，星载激光通信系统的环境条件为实际星载激光通信系统的工作环境，即真空环境，记录此时星载激光通信系统的mtf；2）记录光学系统调制传递函数：在光学设计软件中将系统环境条件更改为常压，记录此时光学系统调制传递函数mtf，在mtf曲线图中光学系统mtf曲线越接近衍射极限曲线，说明成像效果越好；3）更改系统工作波长：在光学设计软件中更改星载激光通信系统工作波长，初始采用大波长间隔调节，调节波长间隔为3nm
‑
10nm，初步确定调试波长所在范围即调节波长后使mtf曲线最靠近衍射极限时mtf曲线，此时调试波长所在范围为初步确定调试波长范
围，确定调试波长范围之后，再采用小波长间隔调节，调节波长间隔为0.05nm
‑
0.2nm并搜索，每次更改波长之后，更新系统参数即mtf曲线图参数，获得此时星载激光通信系统的mtf，将此时星载激光通信系统的mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对；4）保存波长值λ1：当步骤3）获得的星载激光通信系统mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对最相近时，即mtf值相差最小时，保存此时小波长间隔调节时的波长值λ1；5）调试：采用步骤4）保存的波长值λ1对星载激光通信系统进行地面光路调试；6）修正调试波长：在真空罐中对星载激光通信系统进行测试，获得此时星载激光通信系统实际mtf，用mtf对比步骤3）中仿真结果mtf，依据真空罐中的mtf结果找出最接近的波长λ2，获得波长修正量（λ1
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λ2）=
△
λ，确定最终的调试波长为λ1
△
λ。
13.本例中的星载激光通信系统中的光学系统可以是透射式或折反式受气压影响的光学系统。
14.本例中的星载激光通信系统中的光学系统同样适用于平流层等需要气压补偿的环境。


技术特征：
1.一种星载激光通信设备地面调试方法，其特征在于，包括如下步骤：1）设计光学系统：采用光学设计软件设计完成星载激光通信系统，星载激光通信系统的环境条件为实际星载激光通信系统的工作环境，即真空环境，记录此时星载激光通信系统的mtf；2）记录光学系统调制传递函数：在光学设计软件中将系统环境条件更改为常压，记录此时光学系统调制传递函数mtf；3）更改系统工作波长：在光学设计软件中更改星载激光通信系统工作波长，初始采用大波长间隔调节，调节波长间隔为3nm
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10nm，初步确定调试波长所在范围即调节波长后使mtf曲线最靠近衍射极限时mtf曲线，此时调试波长所在范围为初步确定调试波长范围，确定调试波长范围之后，再采用小波长间隔调节，调节波长间隔为0.05nm
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0.2nm并搜索，每次更改波长之后，更新系统参数即mtf曲线图参数，获得此时星载激光通信系统的mtf，将此时星载激光通信系统的mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对；4）保存波长值λ1：当步骤3）获得的星载激光通信系统mtf与步骤1）中记录的mtf进行比对最相近时，即mtf值相差最小时，保存此时小波长间隔调节时的波长值λ1；5）调试：采用步骤4）保存的波长值λ1对星载激光通信系统进行地面光路调试；6）修正调试波长：在真空罐中对星载激光通信系统进行测试，获得此时星载激光通信系统实际mtf，用mtf对比步骤3）中仿真结果mtf，依据真空罐中的mtf结果找出最接近的波长λ2，获得波长修正量（λ1
‑
λ2）=
△
λ，确定最终的调试波长为λ1
△
λ。

技术总结
本发明公开了一种星载激光通信设备地面调试方法，其特征在于，包括如下步骤：1）设计光学系统；2）记录光学系统调制传递函数；3）更改系统工作波长；4）保存波长值λ1；5）调试；6）修正调试波长。这种方法可操作性强、操作简单、可靠性好、实施成本低、利于批量化，在星载激光通信设备调试应用方面具有较好的实用价值。信设备调试应用方面具有较好的实用价值。信设备调试应用方面具有较好的实用价值。


技术研发人员：马拥华 马建军 谭乃悦 何晓垒 刘学 蒋相
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十四研究所
技术研发日：2021.09.15
技术公布日：2021/11/2