[发明专利]空间激光干涉系统激光指向控制技术的模拟方法和装置

权利要求书

1.一种空间激光干涉系统激光指向控制技术的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）产生准直、单色、偏振态、强度及相位可控的线偏振入射激光和本地激光；

（b）通过激光指向抖动模拟系统，对所述入射激光方向进行调制，用来模拟目标信号方向抖动；

（c）通过差分干涉光路，对入射激光和本地激光的强度及偏振态进行调控，并将所述入射激光与所述本地激光汇聚形成激光差分干涉信号，

（d）通过角度敏感系统，进行光电信号转换，测量各个象限的相位信息；

（e）通过激光指向控制系统，实时采集上述相位信息,利用优化的自适应比例-积分-微分控制方法，对所述本地激光的方向进行高精度角度控制，实现两束激光的严格平行，并使其指向偏差满足空间测量要求。

2.如权利要求权1所述的空间激光干涉系统激光指向控制技术的模拟方法，其特征在于，所述步骤（a）具体包括如下步骤：

1）开启1064nm激光器，预热一段时间后打开稳频装置和声光移频器电源，激光器输出45度线偏振光；

2）激光经过第一法拉第隔离器，防止激光返回激光器，影响激光器正常工作，经过第一1/2分光镜，激光分为两路，两路光信号分别作为入射激光和本地激光；

3）两路激光各自分别经过一个声光移频器、光阑、楔形块、压电偏摆镜、线性偏振片，两路激光产生频差1MHz，通过光阑滤除干扰激光，楔形片纠正因声光移频器导致的激光方向偏转，线性偏振片调节激光偏振态和强度；

所述步骤（b）具体包括如下步骤：

4）激光指向抖动模拟器控制第一偏转驱动源对第一压电偏摆镜进行调控，来模拟由远端航天器发射过来的激光方向的抖动；

所述步骤（c）具体包括如下步骤：

5）入射激光到达第二1/2分光镜；

6）本地激光到达第二1/2分光镜；

7）经过第二1/2分光镜后形成激光差分干涉信号；

所述步骤（d）具体包括如下步骤：

8）四象限光电探测器将差分光信号转为电信号；

9）四通道相位计同时精确测量各个象限的相位信息

所述步骤（e）具体包括如下步骤：

10）激光指向控制器分别计算左右象限相位差和上下象限相位差然后利用相位—角度关系（其中r：四象限光电探测器光敏面半径；λ：激光波长；α：激光夹角），得到左右偏转角α_yaw和上下偏转角α_pitch，通过优化的自适应PID控制调节第二偏转驱动源，对第二压电偏摆镜进行控制，进行角度控制，实现两束激光的严格平行。

3.一种空间激光干涉系统激光指向控制技术的模拟装置，其特征在于，至少包括：

一入射激光臂，用于产生准直、单色、偏振态、强度及相位可控的线偏振入射激光；

一激光指向抖动模拟系统，与所述入射激光臂相连，对所述入射激光方向调制，用来模拟目标信号方向抖动；

一本地激光臂，用于产生准直、单色、偏振态、强度及相位可控的线偏振本地激光；

一差分干涉光路，与所述入射激光臂及所述本地激光臂相连，用于对入射激光和本地激光的强度及偏振态进行调控，并将所述入射激光与所述本地激光汇聚形成激光差分干涉信号；

一角度敏感系统，进行光电信号转换，测量各个象限的相位信息；

一激光指向控制系统，对探测到的相位数据进行分析处理，并对所述本地激光的方向进行角度控制，实现两束激光的严格平行，即指向控制。

4.如权利要求3所述的一种空间激光干涉系统激光指向控制技术的模拟装置，其特征在于：

所述入射激光臂包括沿光轴方向依次设置的：

一个1064nm激光器，用于产生波长为1064nm45度线偏振激光；

一个第一法拉第隔离器，入射偏振方向为45度，出射偏振方向为90度，利用法拉第效应，防止激光返回激光器，影响激光器正常工作；

一个第一1/2分光镜，使激光入射后分为两路，光强减半，两路光信号分别作为入射激光和本地激光；

一个第一声光移频器，对所经激光进行移频；

一个第一光阑，用于滤除干扰激光；

一个第一楔形片，纠正由第一声光移频器引起的激光方向偏转；

一个第一压电偏摆镜，由压电偏摆台和平面镜组成，使经过所述第一楔形片的激光被反射；

一个第一线性偏振片，调控出射激光强度和偏振状态；

所述激光指向抖动模拟系统包括：

一个激光指向抖动模拟器，编程模拟入射激光方向的抖动，并调控第一偏转驱动源；

一个第一偏转驱动源，用于接收所述激光指向抖动模拟器发出的激光抖动调制信号，对所述第一压电偏摆镜进行调制；

所述本地激光臂包括沿光轴方向依次设置的：

一个第二声光移频器，对所经激光进行移频；

一个第一光阑，用于滤除干扰激光；

一个第二楔形片，纠正由第一声光移频器引起的激光方向偏转；

一个第二压电偏摆镜，由压电偏摆台和平面镜组成，使经过所述第二楔形片的激光反射；

一个第二线性偏振片，调控出射激光强度和偏振状态；

所述差分干涉光路包括沿光轴方向依次设置的：

一个第二1/2分光镜，使经过所述第一线性偏振片后的激光与经过所述第二线性偏振片的激光从两个表面沿45度入射后形成两路差分干涉激光信号；

所述角度敏感系统包括：

一个四象限光电探测器，使所述两路差分干涉激光信号转化为电信号；

一个四通道相位计，用于对从所述四象限光电探测器传入的电信号中包含的各个象限的相位信息进行同时精确测量；

所述激光指向控制系统包括：

一个激光指向控制器，用于采集、存储所述数字相位计所测相位信息的实时数据，分别计算左右象限相位差和上下象限相位差然后利用相位—角度关系（其中r：四象限光电探测器光敏面半径；λ：激光波长；α：激光夹角），得到左右偏转角α_yaw和上下偏转角α_pitch，通过PID控制算法生成角度控制信号；

一个第二偏转驱动源，用于接收所述激光指向控制器发出的所述角度控制信号，对所述第二压电偏摆镜进行控制，实现两束激光的严格平行，即指向控制。