激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统的制作方法

1.本发明属于杂散光抑制及空间激光通信领域，具体涉及一种激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统，用于弱信号处于复杂环境背景(强辐射)下的模拟。


背景技术：

2.在航空、航天领域，随着高灵敏度、低阈值探测器的发展，对空间目标的成像及探测系统的杂散光抑制能力有了更高的要求。在航天中实现跟踪成像和探测的目标为天基目标，其所处空间背景较为复杂，变化多端，对于各种相机系统的视场外有强烈辐射源，工作环境恶劣，同时，被探测目标信号又非常微弱，这些强辐射比所探测目标辐射强度常常高出几个数量级，导致终端无法正确地识别及提取目标信号。尤其是在卫星通信领域，由于卫星传输信号的距离较远，故在通讯终端接收的信号非常弱，时常也会接收到各恒星发出的强辐射(如太阳)，会对目标信号的正常捕获造成影响。
3.为了研究强背景辐射对弱光信号(目标信号)正常捕获造成的影响，需要在地面进行强背景辐射下弱光信号的模拟，但，现有在地面进行模拟时，存在以下问题：
4.1)现有对弱光信号进行模拟时，信号光的模拟量级较高；
5.2)模拟环境杂散光会造成弱光信号的湮没，而无法有效实现强背景辐射下弱信号的生成，导致信号获取失败。


技术实现要素：

6.为了解决现有强背景辐射下弱光信号的模拟存在弱光信号的模拟量级较高，模拟环境会造成弱光信号湮没而使模拟失败的技术问题，本发明提供了一种激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统。
7.为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
8.一种激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统，其特殊之处在于：包括箱体、设置在箱体外的光陷阱,以及设置在箱体内的背景光源、第一准直镜、信号激光器、光纤衰减器、准直镜组和半透半反镜；
9.所述箱体内壁涂覆消光漆；
10.所述光纤衰减器和准直镜组依次设置在信号激光器的出射光路上，光纤衰减器的最大衰减比小于等于1:10-6
，准直镜组的光能损失为7％～30％；
11.所述第一准直镜位于背景光源的出射光路上；
12.所述半透半反镜位于准直镜组和第一准直镜的出射光路上，对准直镜组的出射光路透射，对第一准直镜的出射光路反射；
13.所述光陷阱位于第一准直镜的出射光路上，用于吸收经第一准直镜准直及半透半反镜反射面透射的背景光及箱体内壁的残余散射光。
14.进一步地，所述光陷阱为设置在箱体外壁上的u形光陷阱，一端位于第一准直镜的出射光路上。
15.进一步地，所述准直镜组包括同轴依次设置的4片准直镜，准直镜组的光能损失为7％～10％。
16.进一步地，所述半透半反镜采用纳米级抛光加工。
17.进一步地，所述背景光源、信号激光器、光纤衰减器表面均裹上消光布。
18.进一步地，所述半透半反镜的反射面镀增反射膜。
19.与现有技术相比，本发明的优点是：
20.1、本发明模拟系统通过光纤衰减器与准直镜组实现弱信号光强度的模拟，并且最大衰减比小于等于1:10-6
的光纤衰减器与光能损失为7％～30％的准直镜组相结合，使得系统获得更低量级(10-6
dbm)的信号光模拟；同时通过箱体内壁涂覆消光漆和光陷阱实现消杂散光设计，可确保了弱信号光在工程上的可探测性(正常输出)。二者共同完成在卫星通信中高对比度环境下的信号地面模拟，为测试通信终端日凌免疫能力提供实践方法，也为解决天基目标在复杂环境下的地面精准模拟奠定基础。
21.2、本发明在箱体内部的背景光源、信号激光器、光纤衰减器表面裹上消光布，防止器件表面杂散光干扰。
附图说明
22.图1为本发明激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统的结构示意图；
23.图2为本发明实施例中光线追迹仿真示意图；
24.图3为本发明实施例中杂散光仿真示意图；
25.其中，附图标记如下：
26.1-箱体，2-背景光源，3-第一准直镜，4-信号激光器，5-光纤衰减器，6-准直镜组，7-半透半反镜，8-光陷阱。
具体实施方式
27.以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
28.如图1所示，本发明一种激光通信中强背景辐射下的弱光信号模拟系统，包括箱体1、设置在箱体1外的光陷阱8，以及设置在箱体1内的背景光源2、第一准直镜3、信号激光器4、光纤衰减器5、准直镜组6和半透半反镜7。
29.信号激光器4和背景光源2分别模拟信号光和背景光；信号激光器4的出射光路上设置有光纤衰减器5和准直镜组6，利用光纤衰减器5和准直镜组6镀膜方式实现弱光强度的模拟；背景光源2的出射光路上设置有第一准直镜3，准直镜组6和第一准直镜3实现信号光和背景光的准直，再同时经过半透半反镜7，半透半反镜7对准直镜组6的出射光路透射，对第一准直镜3的出射光路反射，并实现两者共光路输出。相应的，箱体1上与半透半反镜7相对位置设有出光窗口。
30.本发明是对信号光及其背景光(背景辐射)进行输出模拟，并对其进行杂散光分析，确保信号能够稳定地被终端接收，不会被地面杂散光所湮没。主要关键在于两个方面：如何实现极弱信号强度的输出(弱光学目标的模拟)和如何确保信号能够被精准的接收(消杂散光设计)；
31.(1)弱光学目标的模拟
32.在地面进行信号强度模拟时，本发明采用准直镜组6的镜面镀膜与光纤衰减器5相结合实现弱光模拟。
33.半透半反镜7的反射面镀有增反射膜，其反射面的透过率约为2％。本实施例准直镜组6包括四片准直镜，根据工程经验，按照玻璃内部每10mm光能衰减至99.5％计算，则根据四块镜片可推导出准直镜组6(四片镜片)光能损失约为10％，即光纤衰减器5和准直镜组6组成的信号光准直系统的光能透过率约为1.8％，本实施例光纤衰减器5的最大衰减比可达到1:10-6
。在其他实施例中，准直镜组6可根据实际需要进行合理，使准直镜组6的光能损失为7％～30％，优选7％～10％内即可。因此，信号光准直系统可实现-60dbm量级的强度模拟。
34.目前，光纤衰减器5通常是只用于衰减光强，而准直镜镀膜多用于增透，提高系统透过率，而本技术准直镜组成的准直镜组6是用于减小透过率，并通过光纤衰减器5和准直镜组6相结合，使得系统获得更低量级的信号光。本实施例中信号激光器4输出光功率为0～10dbm，背景强光到达出光口的功率约为135mw。
35.(2)消杂散光设计
36.本实施例杂散光的水平与强背景光的输出、系统光机结构形式有关，即使信号光激光器产生更低量级的信号光，若杂散光水平与信号光水平持平或超过信号光，会导致信号光淹没于杂散光中，无法被准确识别，因此系统需要消杂散光。
37.现有的信号光模拟强度主要受环境背景干扰较大。为了获得更低量级的信号光需要对系统背景环境进行控制。当信号模拟量级较低时，就需要严格的杂散光理论设计及仿真分析，来保证信号的理论输出可能性。而杂散光设计是基于具体系统结构形式进行设计的，即每一种光机结构对应的不同的杂散光仿真，而且对于低量级光信号而言，其系统的杂散光量级至少需要比信号光量级小一个量级，而且为了减小杂散光的方式有多种，本实施例通过软件对光线追迹，仿真示意如图2，并进行严格仿真分析(主要设置镜面属性及结构表面散射特性)，才确定系统所达到的杂散光量级。
38.本实施例为保证信号可正常被接收，对系统杂散光进行控制，采用消光漆与光陷阱8结合方式来消杂散光。
39.具体的，箱体1内壁涂覆航天消光漆，本实施例消光漆采用消光黑漆，其吸收率在近红外波段可达97％以上。同时，背景光源2经过第一准直镜3和半透半反镜7的剩余透射光也会造成干扰，故在对应箱体1外侧接上u形光陷阱，可利用多次反射来减小杂散光，增加对剩余透射光的吸收，其吸收率在98％以上。
40.除此之外，为抑制半透半反镜7表面散射效应，在加工时，采用纳米级抛光技术，来保证半透半反镜7镜面的光滑，减少镜面散射光的干扰；以及在位于箱体1内部的背景光源2、信号激光器4、光纤衰减器5表面裹上消光布，防止器件表面杂散光干扰，经过仿真验证，仿真结果如图3所示，其杂散光最大量级为10-7
mw(-70dbm)其杂散光量级小于信号光强度，可保证信号光的正常输出。
41.现有模拟系统在地面进行模拟时，人造光源等杂散光也会造成信号光的湮没，故本实施例通过消杂散光设计，能够有效的实现强背景辐射下弱信号的生成，在对处于复杂空间背景的天基目标进行地面模拟时起到借鉴作用。
42.本实施例模拟系统通过光纤衰减器5与镜面镀膜来实现弱信号光强度的模拟；并
通过箱体1内壁涂覆消光漆和光陷阱8实现消杂散光设计，可确保了弱信号光在工程上的可探测性(正常输出)。二者共同完成在卫星通信中高对比度环境下的信号的地面模拟，为测试通信终端日凌免疫能力提供实践方法，也为解决天基目标在复杂环境下的地面精准模拟奠定经验基础。本实施例模拟系统在强辐射背景下模拟极弱光学目标的生成，并且对系统进行杂散光设计，确保系统可正常输出通信信号与背景辐射，防止信号光湮没于杂散辐射中，为精确跟踪及提取信号光奠定基础。
43.以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。