[发明专利]星载激光通信广角指向装置

说明书

星载激光通信广角指向装置及方法，本发明提供的星载激光通信广角指向装置包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。

技术领域

本发明涉及激光通信领域，特别涉及星载激光通信广角指向装置及方法。

背景技术

卫星激光通信与现有的射频通信相比具有通信速率高、通信容量大、功耗低、体积小、重量轻、抗干扰和高保密性等诸多的优势，被认为是实现星间高码率通信的最佳方案，已经在军用和民用领域受到广泛的重视。然而卫星激光通信时卫星之间相对位置不固定，而且终端之间相对运动速度也较大所以需要配置卫星跟瞄系统。目前的卫星跟瞄系统采用卫星姿态调整或者通过L型臂经纬，仪或者旋转双棱镜结构，由步进电机控制其旋转，从而实现整个终端移动部分的转动(如欧空局的SILEX系统)。这种系统需要多个光束偏转镜、很多其它光学器件以及转台等设备共同完成光束指向控制，使得整个系统十分复杂，增加了体积和质量，并且可靠性下降，不利于星上使用。

发明内容

本发明解决的问题是现有卫星跟瞄系统结构复杂，质量大，不利于星上使用；为解决所述问题，本发明提供星载激光通信广角指向装置及方法。

本发明提供的星载激光通信广角指向装置，包括：第一卫星、第二卫星、光源发射端、出射激光捕捉装置；还包括：反射装置，所述反射装置为凹面反射镜；所述光源发射端包括入射光源和电光偏转晶体组合体；所述光源发射端与反射装置安装于第一卫星的安装平台；所述出射激光捕捉装置安装于第二卫星；所述光源发射端发射的激光信号在所述反射装置表面反射后，入射到出射激光捕捉装置。

进一步，所述入射光源发射平行光，入射光未偏转时，沿凹面反射镜的光轴入射，入射光束偏转时，反射光束的偏转角度为：其中，为入射光束初始偏转角，ρ为曲面反射镜反射点处的曲率，电光偏转晶体位于光轴上，L为电光偏转晶体与凹面反射镜之间的距离。

进一步，10≤ρL≤100。

进一步，电光偏转晶体为砷化镓、碲化镉或者掺镁铌酸锂晶体中的任意一种。

进一步，所述电光偏转晶体安装于可移动装置，所述可移动装置具有沿垂直光轴的方向移动的自由度。

进一步，所述入射光源发射平行光，入射光未偏转时，平行于凹面反射镜的光轴入射，入射光束偏转时，反射光束的偏转角度为其中，为入射光束初始偏转角，L为电光偏转晶体与凹面反射镜之间的距离在光轴方向的投影，d为电光偏转晶体在垂直光轴方向移动的距离，r为凹面反射镜的半径。

本发明还提供所述的星载激光通信广角指向装置的广角指向方法，包括：步骤一、计算出射激光捕捉装置相对于光源发射端的方位角；步骤二、调整入射光束初始偏转角和电光偏转晶体垂直凹面反射镜光轴方向的位置二者中的任意一个或者两个，使得反射光束的偏转角度大于或者等于所述方位角。

本发明的优点包括：

激光通信时，光源发射端出射出激光入射到凹面反射镜，根据Snell定律，出射光束的反射角与入射光束的入射角相同；入射角和反射角将随着曲面反射镜上反射点处的位置变化或者曲率变化而变化。可以根据需要来设置合适的反射镜的曲率半径。在卫星相对位置确定的条件下，通过调整入射激光的位置，可以实现大范围的激光指向；同时，选择凹面镜可以实现激光光束汇聚指向，在远距离传输时降低光斑尺寸，增加激光通信的传输距离。

本发明所述的激光通信指向装置，无需大型的转台或者设计位置精密的反射板进行多次反射，结构简单；仅仅通过微调入射激光的入射角就能实现全天域的指向，大大简化了星载激光通信设备的复杂度，为实现小型化远距离星载激光通信提供支持。

附图说明