星载MEMS光束控制摆镜的地面筛选测试装置及方法与流程

星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置及方法
技术领域
1.本发明涉及一种星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置及方法，属于卫星激光通信系统技术领域。


背景技术：

2.与现有的微波通信技术相比，卫星激光通信技术具有数据率高、抗干扰和保密性好等显著优点，是卫星空间高速互联网络的关键技术手段。
3.目前的卫星激光通信终端一般重量在10kg至50kg量级，功耗100w左右，多数安装在低轨卫星或高轨卫星平台上。近些年来，随着天基互联网络的发展，微小卫星在太空中的应用越来越广泛。微小卫星平台的重量一般在100至500kg，除了平台本身重量，还要搭载遥感和测控设备，对于星载激光通信终端的重量要求一般在数kg量级。传统的卫星激光通信终端一般包括二维转台、光路和电控等部分，很难做到5kg以内，无法满足微小卫星搭载运行要求。
4.在星载激光通信终端中，光束控制摆镜是限制终端减重的关键部件之一。目前光束控制摆镜普遍采用音圈电机或压电陶瓷驱动，重量和功耗均非常大。mems振镜是一种基于微机电系统（mems，micro-electro-mechanical system）技术制作而成的微小可驱动反射镜。镜面直径通常只有几毫米。与传统的光学扫描镜相比，具有重量轻，体积小，易于大批量生产，生产成本较低的优点。在光学，机械性能和功耗方面表现更为突出。
5.mems光束控制摆镜属于工业级产品，在地面系统中应用较多，而在星载终端上极少使用。由于星上设备对可靠性和寿命要求较高，需要针对mems光束控制摆镜特点建设一套有效的地面筛选测试装置，以实现组件的可靠性筛选和升级。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对小卫星激光通信终端在轨应用需求，提出了一种星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置及方法，将mems光束控制摆镜放置在热真空等效模拟环境下，在线高精度监控光学参数，可应用于后续的卫星激光通信终端研制和批量生产。
7.上述的目的通过以下的技术方案实现：星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置，包括一个用于放置被测星载mems光束控制摆镜的真空罐、收发天线、光束分析仪、光束分析仪控制上位机、检测光激光器检测光发射光纤与光束分析仪位于收发天线的焦点处；所述检测光激光器用于发射检测光并通过检测光发射光纤发射至收发天线，所述收发天线用于接受检测光发射光纤发出的检测光将其发射至被测星载mems光束控制摆镜，并接收被测星载mems光束控制摆镜的反射光将其发射至光束分析仪，所述光束分析仪将接收到的光束光斑位置信息发送到进行光束分析仪控制上位机进行采集及数据处理，所述真空罐用于模拟空间真实使用环境。
8.进一步地，所述收发天线由80mm口径抛物面主镜和20mm口径分光镜构成；基本参数为：入瞳尺寸80mm；系统焦距1000mm；工作波长400nm-1700nm；系统波像差优于λ/15rms@
632.8nm；分光镜口径20mm，工作波长400nm-1700nm，反射率为50%。
9.进一步地，所述光束分析仪选用分辨率为2464*2056，像元尺寸为3.45μm*3.45μm，最大图像刷新率为141.8fps的光束分析仪。
10.进一步地，所述检测光激光器选用单模光纤输出的激光器，输出波长为808nm
±
5nm，输出功率为40mw。
11.用上述星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置进行星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试的方法，该方法为：首先将被测星载mems光束控制摆镜放置在真空罐中，利用真空罐模拟空间真空使用环境；检测光激光器发射的测试光束入射至真空罐中的被测mems光束控制摆镜上，通过被测mems光束控制摆镜控制反射光角度，使其收发光轴与收发天线的光轴对准，被测mems光束控制摆镜的反射光经收发天线传输至光束分析仪后，将光束信号传输至光束分析仪控制上位机上，利用光束分析仪控制上位机计算光束运动偏角，记录偏角变化范围；通过地面筛选测试装置中的光束分析仪进行光斑质心采集，令一个测试单位时间内的光斑位置为（x,y），此时，光束偏角总量为：
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（1）其中，d为光束分析仪的像元尺寸，f为收发线天线的焦距，x0、y0为上一个测试单位时间内的光斑位置，在x方向和y方向的光束偏角分量 、分别为：
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（2）
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（3）在筛选测试状态下，对总量小于2
″
的，判断是否合格，如合格，记录被测mems序号和相关测试数据，如不合格，记录被测mems序号和相关数据，以此完成对被测mems的筛选工作。
12.有益效果：本发明适用在热真空等效模拟环境下，对被测mems进行在线高精度监控光学参数，便于后续的卫星激光通信终端研制和批量生产。本装置在航天科工二十五所热真空试验专检设备中测试发现，其能够显著提高筛选能力与效率，对被测mems光束偏角检测能力优于1
″
。
附图说明
13.图1是本发明的装置示意图；图中：1、被测星载mems光束控制摆镜；2、真空罐；3、收发天线；4、光束分析仪；5、光束分析仪控制上位机；6、检测光激光器。
具体实施方式
14.本实施例的星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置，包括一个用于放置被测
星载mems光束控制摆镜1的真空罐2、收发天线3、光束分析仪4、光束分析仪控制上位机5、检测光激光器6，检测光发射光纤与光束分析仪位于收发天线的焦点处；所述检测光激光器用于发射检测光并通过检测光发射光纤发射至收发天线，所述收发天线用于接受检测光发射光纤发出的检测光将其发射至被测星载mems光束控制摆镜，并接收被测星载mems光束控制摆镜的反射光将其发射至光束分析仪，所述光束分析仪将接收到的光束光斑位置信息发送到进行光束分析仪控制上位机进行采集及数据处理，所述真空罐用于模拟空间真实使用环境。
15.本实施例中所述收发天线由80mm口径抛物面主镜和20mm口径分光镜构成；基本参数为：入瞳尺寸80mm；系统焦距1000mm；工作波长400nm-1700nm；系统波像差优于λ/15rms@632.8nm；分光镜口径20mm，工作波长400nm-1700nm，反射率为50%。
16.本实施例中所述光束分析仪选用型号为genienanom2450，分辨率为2464*2056，像元尺寸为3.45μm*3.45μm，最大图像刷新率为141.8fps的光束分析仪。
17.本实施例中所述检测光激光器选用单模光纤输出的激光器，输出波长为808nm
±
5nm，输出功率为40mw，型号为fc-808-40-sm，光纤类型为fc-apc。
18.本实施例中光束分析仪上位机为一个电脑服务器，cpu为i7 4630k (6x3.4ghz avec 12mo llc, 2mo l2 total)，主板asus x79-deluxe，硬盘samsung ssd 840 pro 256gb，显卡为gainward geforce gt730 2gb ddr3 silent fx，内改存为gskill 16gb (4x4) quad channel f3-14900cl9q-16gbzl。
19.用上述星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试装置进行星载mems光束控制摆镜的地面筛选测试的方法，该方法为：首先将被测星载mems光束控制摆镜放置在真空罐中，利用真空罐模拟空间真空使用环境；检测光激光器发射的测试光束入射至真空罐中的被测mems光束控制摆镜上，通过被测mems光束控制摆镜控制反射光角度，使其收发光轴与收发天线的光轴对准，被测mems光束控制摆镜的反射光经收发天线传输至光束分析仪后，将光束信号传输至光束分析仪控制上位机上，利用光束分析仪控制上位机计算光束运动偏角，记录偏角变化范围；通过地面筛选测试装置中的光束分析仪进行光斑质心采集，令一个测试单位时间内的光斑位置为（x,y），此时，光束偏角总量为：
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（1）其中，d为光束分析仪的像元尺寸，f为收发线天线的焦距，x0、y0为上一个测试单位时间内的光斑位置，在x方向和y方向的光束偏角分量 、分别为：
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（2）
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（3）在筛选测试状态下，对总量小于2
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的，判断是否合格，如合格，记录被测mems序号和相关测试数据，如不合格，记录被测mems序号和相关数据，以此完成对被测mems的筛选工作。
20.以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。