本发明专利技术涉及空间激光通信搭载平台振动模拟装置。有激光发射单元（６），光功率调整单元（７），光束伺服单元（８），光束扩束单元（９），被测试激光通信光端机（１０），光束伺服驱动单元（１１），ＤＡ转换卡（１２），功率谱产生单元１３和光学平台（１４）。能对低频扰动和高频振动模拟，可对空间激光通信系统的ＡＰＴ跟踪精度进行有效验证，模拟带宽可达到１００Ｈｚ；低频最大模拟幅度达２０ｍｒａｄ，高频幅度控制精度达μ ｒａｄ量级，有较高的动态范围；可按功率谱模拟平台宽谱随机振动，也可模拟相对角运动和等效正弦激励，对ＡＰＴ系统的动态滞后误差进行检测；实现二维振动模拟；实现光功率调节，大口径平行光发射，满足空间激光通信ＡＰＴ跟踪精度测试要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间激光通信和计算机半实物仿真领域，涉及空间激光通信搭 载平台振动模拟装置。
技术介绍
对于空间激光通信系统，搭载平台(卫星、飞机)的振动是影响空间激光通信捕获、对准、跟踪系统(Acquisition、 Pointing、 Tracking, APT)跟踪精度最主要的误差源。搭载平台的振动具有以下特点为连续宽谱振动和个别离散谱的叠加，以连续振动功率谱为主；连续振动功率谱的带宽可延伸至30 100Hz，低频(小于10Hz)振动幅度角度较大，而高频(大于20Hz)振动幅度较 小(例如对于通信卫星平台，1Hz振动幅度约200urad， 50Hz的振动幅度仅为 5urad)。为了在实验室内测试空间激光通信系统的跟踪精度，需要将其放在模 拟振动平台上，才能充分验证其动态跟踪能力。目前，国内外常采用的方法是 将空间激光通信光端机放置在模拟物理振动平台上，该物理振动平台如图l所 示将信标激光器1和光束扩束单元2放置在静止的光学平台3上，从光束扩 束单元2出射的激光束照射激光通信光端机5，此光端机放置在物理振动平台4 上，此物理振动平台由正交两轴驱动器(电磁或液压)和平台基座组成 (V. Chan, S. Bloom. Results of 150km ， lGbps laser—com validation experiment using aircraft motion simulator. SPIE Vol2699， 1996, P60)。由于这种模拟振动物理平台结构受到系统谐振频率、负载转动惯量、驱 动能力等限制，仅能模拟低频扰动(10Hz以下)，不能模拟中频(10 50Hz)、 高频(50 100Hz)振动，而中、高频段恰恰是影响APT跟踪精度最主要的因素。 所以需要针对空间激光通信系统特点，研制不仅可模拟低频扰动，而且还可模 拟中、高频模拟振动平台装置是业界急需。
技术实现思路
对于空间激光通信系统而言，平台振动将引起视轴的抖动。为了在实验室 内实现视轴抖动模拟，完全可以通过光学方法间接模拟平台振动。该方法仅需 将被测试的空间激光通信系统静止放置，且与光学模拟振动装置分离放置。让 光学模拟振动台的出射的光学视轴产生抖动，即可实现平台振动的模拟。由于控制激光光束仅需要高带宽、低转动惯量的二维摆镜即可实现，无需将大转动 惯量的平台和负载，所以不仅可模拟低频扰动，而且还可模拟中、高频振动。 不仅如此，该光学模拟振动平台可通过计算机仿真，按己知平台振动功率谱产 生时域振动，代替传统的等效正弦激励，将其作为复合轴APT跟踪系统的激励， 将能更充分验证APT跟踪系统的性能。为了对空间激光通信系统APT跟踪精度进行检验，对于光学模拟振动台，不仅需要真实模拟平台振动，而且还需要具有以下功能(1)光功率调节为了验证跟踪CCD的探测能力和光斑细分能力，需要调节激光发射功率；(2)无 穷远平行光模拟为了满足成像于跟踪CCD的光斑满足检测要求，需要光斑接近衍射极限艾利斑，小于一个CCD像元尺寸，进而实现较高的光斑检测精度， 所以需要平行光发射；(3)要求输出光束的口径大于接收口径，不因光束视轴 的微小抖动而影响接收光功率。本专利技术的空间激光通信用光学式模拟振动平台装置，如图2所示，其构成 如下激光发射单元6，光功率调整单元7，光束伺服单元8，光束扩束单元9， 被测试激光通信光端机10，光束伺服驱动单元ll， DA转换卡12，功率谱产生 单元13和光学平台14。由此可见，光学式模拟振动平台装置仅需光束伺服单 元8实现光束视轴动态模拟，无需平台和负载整体运动，可实现宽带振动模拟。所述的激光发射单元6:采用激光器；其模拟信标光源，实现窄束散角发 射，有利于光束整形和扩束；激光输出功率连续可调，增加接收光功率调整范 围，激光器的波长和空间激光通信系统跟踪探测传感器匹配。所述的光功率调整单元7:实验室内无法拉开远距离，自由空间光功率损耗较小，需要额外的功率衰减装置对链路功率进行调节，进而验证不同接收功 率所对应的信噪比，功率调节可采用连续功率调节与不同级别的中性衰减片组 合实现。光束伺服单元8:对于光束伺服单元，首先需要其具有快速伺服特点，其 闭环带宽大于100Hz，实现高频振动模拟；角度控制范围可满足低频、大振幅要求；具有方位、俯仰二维方向光束调节。光束扩束单元9:采用两级小倍率的反望远镜或大倍率的反望远镜光束扩束单元，以实现无穷远平行光发射，压縮激光光束的束散角，实现准平行光发射；另外，激光扩束后实现大口径光束发射，使其覆盖接收口径，不因光束视 轴的抖动影响功率接收和成像。被测试空间激光通信光端机10:被测试空间激光通信光端机放置在静止的 光学平台上，让其与光束扩束单元尽量靠近，以便在光束视轴存在较小抖动条 件下，光斑能够覆盖整个接收视场。光束伺服驱动单元lh釆用电磁振镜或摆镜。光束伺服驱动单元需要进行 电流和功率放大，其输出是光束伺服单元所需要的电压或电流信号，输入是DA转换卡12所输出的控制电压。DA转换卡12:可将计算机输出的数字控制信号转变为光束伺服驱动单元11输入所需的电压信号。为实现高动态范围和较高伺服带宽，需要较高的灰度分 辨率和较小的响应时间。功率谱产生单元13:通过计算机仿真，分别实现不同振动平台、方位和俯仰两个通道的振动功率谱或时域振动控制数据。再通过DA转换卡12输出，经 光束伺服驱动单元11驱动和放大，作用于光束伺服单元，使其产生相应的角度 变化(包括频率和幅度)。光学平台14:整个光学模拟振动平台组件和被测试空间激光通信光端机都 可固定在光学平台14上。激光发射单元6模拟信标光，该模拟信标光经过光功率调整单元7后作用 于光束伺服单元8，于是产生光束视轴变化，该模拟信标光再经光束扩束单元9 后，作用于被测试激光通信光端机10， 6 10单元为光学串行链路；功率谱产 生单元13产生振动控制数字信号，该控制数字信号通过DA转换卡12转换为模 拟信号，通过光束伺服驱动单元ll对模拟信号进行功率放大，最后作用于光束 伺服单元8，进而产生视轴变化，完成振动模拟，13、 12、 11、 8为电学信号串 行链路；6 13单元都可放置在光学平台14上。本专利技术的空间激光通信光学式模拟振动平台装置，具备以下有益效果(1) 不仅能对低频扰动进行模拟，而且对高频振动也能模拟，可对空间激光通信系 统的APT跟踪精度进行有效验证，其模拟带宽可达到100Hz; (2)低频最大模 拟幅度可达到20mrad，高频幅度控制精度可达U rad量级，具有较高的动态范 围；(3)可按功率谱模拟平台宽谱随机振动，也可模拟相对角运动和等效正弦 激励，可对APT系统的动态滞后误差进行检测；(4)可实现二维振动模拟；(5) 可实现光功率调节，大口径平行光发射，满足空间激光通信APT跟踪精度测试 要求。附图说明图1为空间激光通信系统物理式模拟振动台系统组成图。图中，1是光学 平台，2是信标激光器，3是激光扩束单元，4是物理式模拟振动台，5是激光 通信光端机。图2为空间激光通信系统光学式模拟振动台系统组成框图。图中，6是激 光发射单元，7是光功率调整单元，8是光束伺服单元，9是光束扩束单元，10是被测试激光通信光端机，11是光束伺服驱动单元，本文档来自技高网...
【技术保护点】
空间激光通信用光学式模拟振动平台装置，其特征在于，其构成有：激光发射单元６，光功率调整单元７，光束伺服单元８，光束扩束单元９，被测试激光通信光端机１０，光束伺服驱动单元１１，ＤＡ转换卡１２，功率谱产生单元１３和光学平台１４；光学式模拟振动平台装置仅需光束伺服单元８实现光束视轴动态模拟，无需平台和负载整体运动，可实现宽带振动模拟。激光发射单元６模拟信标光，该模拟信标光经过光功率调整单元７后作用于光束伺服单元８，于是产生光束视轴变化，该模拟信标光再经光束扩束单元９后，作用 于被测试激光通信光端机１０，６～１０单元为光学串行链路；功率谱产生单元１３产生振动控制数字信号，该控制数字信号通过ＤＡ转换卡１２转换为模拟信号，通过光束伺服驱动单元１１对模拟信号进行功率放大，最后作用于光束伺服单元８，进而产生视轴变化，完成振动模拟，１３、１２、１１、８为电学信号串行链路；６～１３单元都可放置在光学平台１４上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：佟首峰，姜会林，刘云清，刘鹏，陈存毅，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。