高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统

1.本发明涉及空间激光通信，特别是一种高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统。主要用于地面有效模拟空间激光载荷双端链路的捕跟、通信系统性能。


背景技术：

2.目前应用于空间激光载荷的无线对接系统无法模拟无杂散光的空间环境背景，无法对空间激光载荷的实际性能进行有效的评判。因此一种可应用于地面测试的高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统具有较高的实用价值。该系统主要用于地面测试卫星激光通信终端系统，一个卫星激光通信终端通常由激光通信系统和光学跟瞄系统组成。通信系统用于两个卫星之间的信息传输；光学跟瞄系统用于卫星之间的瞄准、捕获和跟踪。由于星间的激光通信终端的各项技术指标参数及其性能的测试难以在实际的应用空间中进行测试和验证，必须事先在地面实验室条件下进行相应的模拟实验，因此激光载荷无线对接动态测试系统由此发展而来。另一方面由于空间激光通信终端发射功率大、接收灵敏度高，自身激光器的大功率输出光在地面实验室模拟环境中很容产生杂散光，从而对自身接收产生干扰。因此在对测试终端进行验证和测试时，需要将测试设备带来的的杂散光降到最低，以减少对测试终端的影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统，主要实现空间激光通信载荷的无线对接测试，通过振镜满足系统动态对接的需求，同时通过对几个关键部位的消杂光处理，提高系统隔离度。本发明通过对地测设备中平行光管的多个关键部位进行消杂光处理，减少地测设备对测试终端的回光。同时，该测试系统将通信波段的光束与信标波段光束分开，信标光束使用apd触发方式，并把通信、信标光束加以一定的指向扰动，从而形成动态无线对接测试系统。
4.为解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：
5.一种高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统，由服务于两台需要进行无线对接的激光载荷终端的测试装置构成，其特点在于：每套测试装置均包括空间光部分和光纤光部分；
6.所述的空间光部分包括反射式平行光管，以及置于三维位移平台上的振镜、bs棱镜、光束分析仪和光纤套筒；
7.所述的反射式平行光管用于模拟空间远距离传输，所述振镜为空间光提供扰动，并测试无线终端激光链路的抗干扰能力；所述bs棱镜的尾端安装有光纤套筒，所述的反射式平行光管尾部安装有光阑，用于保证空间光工作在振镜的口径范围内；
8.待对接终端发射的平行光依次经所述的反射式平行光管、振镜、bs棱镜分为透射光和反射光，所述透射光入射至放置在光束焦面位置的光斑分析仪，用以观测待测终端光束的质量和指向变化情况，所述反射光入射至安装在光纤套筒的光纤端面上，且该光纤端
面位于光束焦面位置，使空间光束耦合进入光纤端面，即进入光纤光部分，
9.所述的光纤光部分包括通信波段和信标波段wdm、环形器、第一可调光衰减器、通信波段分束器、功率监测计、信标波段分束器、apd、apd控制板、信标波段激光器和第二可调光衰减器；
10.空间光束通过通信波段/信标波段wdm分为通信波段和信标波段光束，所述通信波段光束经环形器的2端口输入、3端口输出，经可调光衰减器和通信波段分束器分为二路，一路由功率监测计接收，另一路通过通信波段长光纤输出到对向环形器的1端口输入，对向通信波段光束通过通信波段长光纤，输入到本地环形器的1端口；所述信标波段光束通过信标分束器，被apd监测，当功率达到阈值后，apd控制板控制本地信标激光器，将信标光束经第二可调光衰减器通过信标波段长光纤输出到对向信标波段分束器；对向信标光束由对向信标激光器经对向第二可调光衰减器通过信标波段长光纤输入到本地信标波段分束器。
11.所述光束在终端发射为平行光，经过所述平行光管，耦合进入所述光纤器件。所述振镜可以通过外部驱动器对振镜振动模式进行调制，以模拟无线对接过程中出现的扰动。
12.上述平行光管经过消杂光处理，装置内部的次镜和转折镜夹持工装经过消杂光处理，可以极大程度消除在超出平行光管视场的光束照射下产生的回光。
13.上述bs棱镜为600～1600nm宽谱1:9分束，第一部分光束给光束分析仪，可用于对光束发散角，指向和其稳定性的监测；第二部分光束通过所述通信波段/信标波段wdm将光束分为信标波段和通信波段。1：9强度分束极大降低了激光终端所需的发射功率，进一步提高系统的隔离度。
14.光纤套筒经过消杂光处理，可以消除强光束汇聚在光纤端面形成的杂散光，即光束焦面处产生的杂散光。
15.通信波段利用环形器将对向信号光和本地信号光隔离。通信波段长光纤接收对向通信信号光，通过本地通信波段和信标波段wdm和平行光管发射到本地待对接终端上。环形器另一端通过所述衰减器调节本地通信信号光强度，经过1:1分束器，通信波段长光纤输出到对向装置环形器。利用所述功率监测计，该系统具有本地通信信号光输出监测功能。
16.信标波段部分所用分束器为信标波段1:1分束，第一部分光束与信标波段光纤连接，信标波段长光纤与对向装置的信标激光器连接，用于接收对向信标光束。第二部分光束与所述apd连接，用于探测本地信标光束，当能量达到阈值之后，所述控制板控制信标激光器发射信标波段光束，经过信标波段光功率衰减装置，信标波段长光纤将衰减过后的光束发射到对向装置分束器一端。
17.与现有技术相比，本发明的技术效果：
18.待对接终端发射的平行光分别通过平行光管的主镜，次镜和转折镜，经过振镜和bs棱镜汇聚于安装在光纤套筒的光纤端面上。对于超出光纤端面口径的光束，光纤套筒处的消杂光处理可以极大程度消除汇聚到光纤套筒上产生的杂散光，从而减少系统回光，从而提高隔离度。对于超出平行光管视场的光束，超出次镜或转折镜有效孔径的光束，都被镜片夹持工装上的消杂光结构消除从而提高系统隔离度。对于超出激光载荷视场的空间光，采用在平行光管出光口处增加消杂光光阑，从而提高隔离度。
19.系统利用在平行光管焦面附近的振镜反射光束为终端提供指向变化的光束。通过对振镜施加不同的控制信号，从而改变测试光束的入射角、改变光束指向，为待测终端提供
指向可变的测试光束，使系统达到动态测试的需求。
附图说明
20.图1是本发明高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统。
21.其中：平行光管1；振镜2；bs棱镜3；光束分析仪4；光纤套筒5；三维位移平台6；可吸收杂光光阑7；通信波段和信标波段wdm8；环形器9；可调光衰减器10；分束器11；功率监测计12；光纤13,14；分束器15；apd16；控制板17；激光器18；可调光衰减器19；光纤20,21。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步限定，但不应以此限制本发明的保护范围。
23.请参阅图1，图1是本发明高隔离度激光载荷无线对接动态测试系统的装置示意图，包括空间光部分和光纤光部分。
24.空间光部分主要由平行光管1组成，平行光管1除了主镜外，次镜和转折镜的夹持结构都经过消杂光处理。经转折镜反射后的光束再经过振镜2反射至bs棱镜3上，振镜2上的镜片前端安装有孔径比振镜略大的，具有可吸收杂光光阑7。bs棱镜3将光束分为两束，一束光透射至放置在光束焦面位置的光斑分析仪4，可以观测待测终端光束的质量和指向变化情况。另一束光反射，至安装在光纤套筒5上的光纤头上，光纤头位于光束焦面位置，套筒经过消杂光处理，安装于套筒上的通信波段和信标波段wdm8端面也经过防回光处理。当光束为逆向时，光纤处发出的光束讲过bs棱镜3反射至振镜2，振镜2再将光束反射进入平行光管1，可吸收杂光光阑7位于平行光管出光口处，有效实现了激光载荷终端视场外的杂光遮拦。
25.空间光耦合进入光纤后变为光纤光部分，经过通信波段和信标波段wdm8，将光束分为两个波段的光束。
26.其中：通信波段光束通过环形器9的2端，环形器9的3端，可调光衰减器10通信波段分束器11，通信波段长光纤13输出到对向环形器9的1端。对向通信波段光束通过通信波段长光纤14，输入到本地环形器9的1端。
27.信标波段光束通过分束器1，被apd16监测，当功率达到阈值后，控制板17控制本地信标激光器18，将光束通过信标波段长光纤20输出到对向信标波段分束器15。对向信标光束由对向信标激光器18通过信标波段长光纤21输入到本地信标波段分束器15。
28.本方案两个波段双向光束独立传输，互不干扰。
29.通信波段光束和信标波段光束都通过振镜2反射光束实现光束指向的动态模拟。通信波段光束和通信波段光束都通过通信波段和信标波段wdm8发射，从而保证了通信/信标光束光轴的一致性。
30.平行光管1实现了平行光束到汇聚光束的转换，即实现光束远场到近场的转换，从而使位于光束焦面处的光束分析仪4实现光斑质量和指向的分析，使得空间光束得以汇聚耦合进入到通信波段和信标波段wdm8中，实现信号由自由空间到光纤的传输。同理，对向光束也实现了光纤到自由空间的发射，即由通信波段和信标波段wdm8发射到平行光管1。
31.至此，实现了双终端的高隔离度动态无线对接。