[发明专利]基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正方法

说明书

本发明涉及基于Levenberg‑Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正的方法，采用非近轴光线追迹的方法建立了旋转双棱镜指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束和实际出射光束的偏差，通过Levenberg‑Marquardt迭代算法对旋转双棱镜的前镜和后镜的零度标定误差、楔角误差和折射率误差进行了修正。通过该方法，提高了旋转双棱镜的指向精度。

技术领域

本发明涉及空间激光通信跟踪瞄准领域，更具体的说，是一种基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正的方法。

技术背景

旋转双棱镜体积小，具备优异的视轴调整功能，能够实现光束大角度偏转，因此旋转双棱镜适用于空间激光通信。由于旋转双棱镜是由两个共轴的楔形棱镜组成，出射光线与楔形棱镜得到旋转角度并非线性关系，这就造成了旋转双棱镜出射光束解算困难。在不考虑误差的情况下，旋转双棱镜小角度指向正向解算问题，可以采用一级近似或者三级近似；大角度指向正向解算问题，可以采用非近轴矢量光线追迹方法。但是旋转双棱镜误差来源众多，必须经过修正才能得到较为准确的指向。

现有技术[周远,鲁亚飞,黑沫,等.旋转双棱镜光束指向解析解[J].光学精密工程,2013,21(06):1373-1379.]对旋转双棱镜正向解算的一级近轴近似方法和非近轴光线追迹方法进行了比较分析，结果表明非近轴追迹方法更能准确描述光束指向。但是文章中并没有考虑旋转双棱镜的系统误差对光束指向的影响。

现有技术[邱赛,盛磊,高世杰,等.旋转双棱镜指向系统转角补偿偏差修正方法[J].光通信技术,2021,45(02):41-45.]采用数学补偿法，通过求解出旋转双棱镜出射光束方位角和俯仰角的解析解，基于指向误差和转角误差的关系构建补偿方程，其过程复杂，且只对旋转双棱镜的转角误差进行了修正。

发明内容

本发明针对先有旋转双棱镜误差源众多，难以实现准确的指向的不足，建立了旋转双棱镜指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束和实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜的前镜和后镜的零度标定误差、楔角误差和折射率误差进行了修正，实现了高精度指向。

本发明技术解决方案如下：

基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正方法，包括以下几个步骤：

1、基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据正向旋转双棱镜理想指向模型，通过平行光轴的入射光线经旋转双棱镜透射得到出射光束；

步骤二：根据旋转双棱镜理论参数，计算旋转双棱镜理论的视场范围，并在视场范围内均匀选m个点；

步骤三：根据m个点，计算其所对应的方位角和俯仰角，最终得到对应m组旋转双棱镜前镜θ_i1和后镜的角度θ_i2；

步骤四：将所选点在实际旋转双棱镜上进行指向测试；

首先将旋转双棱镜的前镜和后镜调整到标定的零度位置，再将步骤三中得到的m组旋转双棱镜的前镜θ_i1和后镜角度θ_i2，分别通过上位机发送给旋转双棱镜前镜和后镜的驱动电机，驱动电机带动旋转双棱镜前镜和后镜转到指定位置，并测量出实际出射光束在L米光屏上的实际光斑位置(x_i1,y_i1)；

步骤五：建立误差评价函数