[发明专利]一种高精度光学相控捕跟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度光学相控捕跟系统，属于卫星激光通信和激光雷达等技术领域。

背景技术

近年来空间激光通信技术得到快速发展，国外已成功建立空间激光通信链路。目前国内外研究的空间激光通信链路主要采用机械式捕跟系统和传统式捕获跟踪技术，为点对点的单链路激光通信链路。机械式捕跟系统及光学天线体积大、笨重，而且惯性大，难以实现快速捕获。随着空间激光通信技术的发展，新型空间激光通信系统不仅需要进一步降低激光通信终端的体积、重量和功耗，而且需要大大降低捕获时间。对于空间激光通信链路，由于链路距离长，光束波束窄，需要很高的跟踪精度。

相控阵技术已在微波系统中得到成功应用。液晶光学相控阵不仅可以实现非机械式捕跟控制，将捕获时间提高到秒量级，解决空间激光通信链路光束的快速、灵活控制问题，而且可以大幅降低激光通信终端的体积、重量和功耗，使光电系统的集成度更高，制造成本更低，在空间激光通信等领域具有重要的应用价值。

目前主要采用多个液晶光学相控阵级联的方式实现空间激光通信系统的捕获跟踪功能，但是由于液晶光学相控阵所加电压是离散的，其光束偏转控制精度受限，难以满足空间激光通信高跟踪精度要求。研究基于液晶光学相控阵和液晶光楔的高精度光学相控捕获跟踪系统，促进传统激光通信捕获跟踪技术和捕跟系统设计方法的变革，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有液晶光学相控阵光束偏转控制精度受限问题，提供一种高精度光学相控捕跟系统，采用液晶相控阵和液晶光楔级联的方式，实现空间激光通信系统快速捕获、高精度跟踪。

本发明的技术方案是：一种高精度光学相控捕跟系统，包括液晶相控阵、液晶光楔、液晶光学相控阵波控器、液晶光楔波控器、偏振分束器、分束器、数据发射模块和数据接收模块、粗捕获探测模块、精跟踪探测模块；液晶光学相控阵和液晶光楔相互平行，并与入射光光轴垂直放置；所述液晶光学相控阵和液晶光楔通光口径相同，液晶光学相控阵和液晶光楔光轴重合；在空间激光通信链路的激光发射终端，光发射模块发出的光束依次通过液晶光楔和液晶光学相控阵，液晶光学相控阵根据预先设定的扫描方式控制光束对预置不确定区进行扫描，空间激光通信链路的激光接收终端接收到激光发射终端发出的光信号后向光发射终端发送光信号，对激光发射端进行波束扫描。激光发射终端接收到的光信号依次经过液晶相控阵、液晶光楔后，被偏振分束器分为两束，一束送入数据接收模块，对获取的光信号进行数据接收处理；另一束送入分束器，再由分束器分为两束后，分别送入粗捕获探测模块和精跟踪探测模块；粗捕获探测模块实时探测激光接收终端发出光信号的光斑位置、光斑尺寸和光功率，计算获得接收光信号的光斑位置误差，并将位置误差信号转换为角度偏转信号，送至液晶光学相控阵波控器；液晶光学相控阵波控器将角度偏转信号转化为液晶光学相控阵的波控电压，控制液晶光学相控阵对发射光束进行光束偏转控制，进一步降低粗捕获探测模块的光斑位置误差；精跟踪探测模块实时探测激光接收终端发出的光信号的光斑位置、光斑尺寸和光功率，并根据光斑位置、光斑尺寸和光功率，计算获得接收光信号的位置误差，并将位置误差信号转换为角度偏转信号送给液晶光楔波控机，液晶光楔波控机将角度偏转信号转换为液晶光楔的驱动电压，控制液晶光楔对激光接收终端发出的光信号进行高精度连续偏转控制，进一步降低跟踪误差，将跟踪位置误差控制到发射端和接收端建立有效光通信链路误差阈值内。

所述的液晶光楔为一个斜劈形状的液晶盒，包括上透明基板和下透明基板、基板上电极层和基板下电极层；基板上电极层和基板下电极层分别粘在上透明基板和下透明基板上；基板上电极层的另一侧涂有聚酰亚胺取向层，基板下电极层的另一侧涂有聚酰亚胺取向层；基板上电极层和基板下电极层中间填充有液晶材料；基板上电极层和基板下电极层的一端通过第一圆形间隔子隔开，另一端通过第二圆形间隔子隔开，且第一圆形间隔子的半径小于第二圆形间隔子。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明的一种高精度光学相控捕跟系统采用一个液晶光学相控阵作为粗捕获执行模块，在液晶光学相控阵光轴方向加载一个液晶光楔，液晶光楔作为空间激光通信系统的精跟踪执行模块，控制光束进行高精度、连续扫描。液晶光学相控阵和液晶光楔联合完成液晶光学相控阵的空间激光通信系统的捕获跟踪功能，实现离散扫描和连续扫描的结合，解决液晶光学相控阵作为捕跟控制模块光束偏转控制精度问题。

附图说明

图1为液晶相控阵和液晶光楔级联工作原理图；

图2为液晶相控阵原理示意图；