[发明专利]激光通信链路光束的误差探测装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光通信链路光束的误差探测装置及控制方法，属于光学图像处理领域。

背景技术

空间激光通信中，捕获和跟瞄是用于快速建立及稳定保持通信链路的关键技术。其中对应于探测装置的功能主要用于实时检测入射光束与终端视轴所成的方位和俯仰角，来确定终端的瞄准角度偏差。在一定的探测精度前提下，粗瞄机构工作要求探测器拥有尽可能较大的视域(毫弧度量级)，而精瞄机构工作时则要求探测器具有尽可能较高的频率响应(1kHz以上)。从而能够满足提供给控制器单元足够的反馈信号进行闭环控制。

为满足上述的粗精瞄得要求，在现有的空间光通信终端中，一般是采用两个探测器，如图1所示，它包括万向转台1、第一望远镜2、第二望远镜3、滤光片4、复合聚焦透镜5、面阵CCD探测器和四象限探测器。面阵CCD探测器用于实现较大的探测视域，四象限探测器用于实现较高的探测频率，以及大量电子元件来检测入射光束的方位和俯仰角信息。需要对入射光束进行分束，这将造成接收能量的损失。此外，采用上述方式设计的系统存在结构复杂、可靠性低、体积大、重量大的问题。

如果采用单个探测器件，可大大降低系统的复杂性。近些年来，有人提出了采用单个CCD分时进行误差探测的方法，该方法所用装置如图2所示，包括万向转台1、望远镜2、滤光片4和CCD探测器，输出的误差信号同时用于粗瞄和精瞄控制。上述方式存在的问题是：(1)系统整体工作带宽下降，对卫星平台高频振动无法有效补偿；(2)粗瞄和精瞄控制易发生相互耦合问题，控制稳定性较差。

发明内容

本发明目的是为了解决采用单个CCD进行误差探测、控制光束存在系统整体工作带宽下降，对卫星平台高频振动无法有效补偿；以及粗瞄和精瞄控制易发生相互耦合，控制稳定性较差的问题，提供了一种激光通信链路光束的误差探测装置及控制方法。

本发明所述的激光通信链路光束的误差探测装置，包括粗瞄准模块、粗瞄执行机构、精瞄准模块和精瞄执行机构，它还包括面阵CCD探测器及其控制模块，面阵CCD探测器及其控制模块的粗瞄指令输出端与粗瞄准模块的输入端相连，粗瞄准模块的输出端与粗瞄执行机构的输入端相连，粗瞄执行机构的输出端与面阵CCD探测器及其控制模块的光束粗瞄校正输入端相连；

面阵CCD探测器及其控制模块的精瞄指令输出端与精瞄准模块的输入端相连，精瞄准模块的输出端与精瞄执行机构的输入端相连，精瞄执行机构的输出端与面阵CCD探测器及其控制模块的光束精瞄校正输入端相连。

基于上述激光通信链路光束的误差探测装置的光束控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、初始化面阵CCD探测器，确定瞄准中心点，并以瞄准中心点为基准中心在面阵CCD探测器上设置由外向内依次嵌套的多个同心窗：粗跟踪窗、精跟踪窗和对准窗，粗跟踪窗为长度280像素～350像素的正方形窗口，精跟踪窗为长度25像素～35像素的正方形窗口，对准窗为长度3像素～6像素的正方形窗口，

步骤二、判断面阵CCD探测器上是否出现目标成像光斑，

判断结果为是，执行步骤三；判断结果为否，说明无光束入射到面阵CCD探测器上，结束本方法的控制过程；

步骤三、计算出所述目标成像光斑的位置坐标；

步骤四、判断所述目标成像光斑是否位于粗跟踪窗内；

判断结果为是，执行步骤六；判断结果为否，执行步骤五；

步骤五、由面阵CCD探测器及其控制模块发出粗瞄指令，通过粗瞄准模块控制粗瞄执行机构运动，使面阵CCD探测器上的目标成像光斑向瞄准中心点移动，移动量根据目标成像光斑的位置坐标和瞄准中心点的位置坐标的误差获得；

然后返回执行步骤三，重新计算目标成像光斑的位置坐标；

步骤六、判断所述目标成像光斑是否位于精跟踪窗内；

判断结果为是，执行步骤八；判断结果为否，执行步骤七；

步骤七、面阵CCD探测器及其控制模块同时发出粗瞄指令和精瞄指令：

由面阵CCD探测器及其控制模块发出粗瞄指令，通过粗瞄准模块控制粗瞄执行机构运动，使面阵CCD探测器上的目标成像光斑向瞄准中心点移动，移动量根据目标成像光斑的位置坐标和瞄准中心点的位置坐标的误差获得；

同时，由面阵CCD探测器及其控制模块发出精瞄指令，通过精瞄准模块控制精瞄执行机构将运动，使面阵CCD探测器上的目标成像光斑向瞄准中心点移动，移动量根据目标成像光斑的位置坐标和瞄准中心点的位置坐标的误差获得；

然后返回执行步骤三，重新计算目标成像光斑的位置坐标；

步骤八、判断所述目标成像光斑是否位于对准窗内；