[发明专利]一种基于四象限探测器的光斑对准方法

说明书

本发明公开了一种基于四象限探测器的光斑对准方法，具体包括以下步骤：将入射光束通过透镜聚焦到四象限探测器的光敏面上，四象限探测器将接收到的光信号转换为四路电信号；将所得的四路电信号经放大电路放大，并传输给信号处理单元，将放大后的四路电信号在信号处理单元处理内依次进行A\D转换、卡尔曼滤波处理；对处理后的四路电信号进行自适应阈值判断，根据判断结果控制云台动作，云台带动四象限探测器动作，从而调整入射光束的位置，实现入射光斑的对准。解决了当光斑漂移与光束不平行于天线视轴同时存在，导致光斑难以对准的问题。

技术领域

本发明属于无线激光通信技术领域，涉及一种基于四象限探测器的光斑对准方法。

背景技术

在无线激光通信中，为了建立并保持通信链路，要求发射光束无偏移垂直入射到接收面上。若光束偏移，通信链路中断，需要一套光束指向系统对光束进行控制，使得通信发射端与接收端严格对准。在无线激光通信系统中对光束指向进行控制的系统称之为捕获、对准与跟踪(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)系统。光束对准是APT系统用于建立和确保通信链路可靠连接的关键，对自由空间光通信(Free Space OpticalCommunication，FSO)系统至关重要。

当信号传输距离较远时，影响光束接收的主要因素是光束的横向漂移；而当传输距离较近时，光电探测器探测到的误差数据是光束漂移误差及入射光线与接收视场视轴夹角误差的叠加。传统的四象限探测器加减算法利用了探测器在小范围内具有的线性性质，而此线性性质是基于光斑完整的情况下。而在实际的实验中，四象限探测器光敏面接收到的光斑并不是理想的圆形光斑。在大多情况下，光斑呈缺失状。而此时继续使用传统的公式计算偏移量会使结果产生误差，甚至出现偏移量计算结果与实际方向相反的情况，对准效果不理想。传统的捕获、对准与跟踪系统精检测单元无法对光束横向漂移与角度量误差分别进行检测。所以需要寻求新的方法来检测光束状态量，对光束偏移量与姿态角进行检测，提高对准精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于四象限探测器的光斑对准方法，解决了当光斑漂移与光束不平行于天线视轴同时存在，导致光斑难以对准的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于四象限探测器的光斑对准方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将入射光束通过透镜聚焦到四象限探测器的光敏面上，四象限探测器将接收到的光信号转换为四路电信号；

步骤2，将步骤1所得的四路电信号经放大电路放大，并传输给信号处理单元，将放大后的四路电信号在信号处理单元处理内依次进行A\D转换、卡尔曼滤波处理；

步骤3，对步骤2处理后的四路电信号进行自适应阈值判断，根据判断结果控制云台动作，云台带动四象限探测器动作，从而调整入射光束的位置，实现入射光斑的对准。

本发明的特点还在于，

其中信号处理单元采用Cotex-M3系列的ARM处理器，ARM处理器型号为STM32F103ZET6。

其中步骤3的具体过程如下：

步骤3.1，在信号处理单元内设定四路电信号总能量的初始阈值为T；

步骤3.2，通过信号处理单元采集四路电信号的能量分别为：S_A、S_B、S_C、S_D，计算四路电信号的能量总和为S；

步骤3.3，将步骤1设定的初始阈值T与步骤2所得的能量总和S进行比较，根据不同的比较结果，信号处理单元向云台发出相应的动作信号，云台带动四象限探测器进行相应的动作，从而调整入射光束的位置，实现入射光斑的对准。

其中步骤3.3的具体过程如下：