空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法技术

空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，涉及通信终端技术领域，针对空间光通信中的共光路与非共光路静态像差会导致变形镜校正能力明显下降、通信误码率增大、追踪效果差、发射信号与信标光束质量差的问题，本申请利用对向入射光，角反射镜和相位共轭反射镜的全光路静态像差校正技术，控制变形镜产生特定的初始补偿面型，能够同时有效地补偿共光路与所有非共光路的静态像差，以同时保证通信终端接收与发射信号、信标光这四个功能不受影响，进而避免由于空间光通信中的共光路与非共光路静态像差导致的变形镜校正能力明显下降、通信误码率增大、追踪效果差、发射信号与信标光束质量差的问题。光束质量差的问题。光束质量差的问题。

【技术实现步骤摘要】
空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法


[0001]本专利技术涉及通信终端
，具体为空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法。

技术介绍

[0002]在接收与发射同光路的空间光通信终端中，使用自适应光学对发射与接收信号、信标光的波面像差进行校正。其中，波前探测光路仅起到探测波前像差的作用，并且可以对自身初始像差进行标定，所以通信终端对波前探测光路的像差要求是较低的，而对其他光路的像差要求相对来说较高。然而，传统自适应光学系统在波前探测光路中通过夏克
‑
哈特曼波前探测器(SH
‑
WFS)对波前像差进行探测，从而控制变形镜(DM)产生特定的面型补偿这一像差，这样只能保证波前探测光路接收信号像质良好，无法保证其他非共光路的像差也得到校正，这会对通信、追踪以及信号光与信标光的光束质量产生不良影响。同时，整个系统的光路还有可能存在较大的静态像差，虽然可以在实验室将这个像差测量出来，但在通信终端工作期间，会有温度变化、灰尘黏附等特殊情况，静态像差就会发生改变。这会引发变形镜校正能力明显下降、通信误码率增大、追踪效果差、发射信号与信标光束质量差等负面影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：针对空间光通信中的共光路与非共光路静态像差会导致变形镜校正能力明显下降、通信误码率增大、追踪效果差、发射信号与信标光束质量差的问题，提出空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法。
[0004]本专利技术为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005]空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：构建全光路模块，所述全光路系统包括五条光路：
[0007]光路一：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进行缩束，缩束后进入夏克
‑
哈特曼波前探测器；
[0008]光路二：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进入第二分束器，第二分束器输出的信标光经过聚焦透镜输出后进入CCD2；
[0009]光路三：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进入第二分束器，进入第二分束器的信标光依次通过第三分束器、聚焦透镜、多模光纤后进入雪崩光电二极管；
[0010]光路四：本地信号光源依次通过聚焦透镜、第四分束器、第三分束器、第二分束器、第一分束器、压电变形镜、跟瞄系统和望远镜后出射；
[0011]光路五：本地信标光源依次通过聚焦透镜、第四分束器、第三分束器、第二分束器、第一分束器、压电变形镜、跟瞄系统和望远镜后出射；
[0012]步骤二：基于构建的全光路系统分别测出δ1、δ2、δ3、δ4和δ5，其中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5分别为光路一至光路五对应的完整光路总波前探测量；
[0013]步骤三：根据δ1、δ2、δ3、δ4和δ5并结合公式δ
i
＝Au
i
，得到u1、u2、u3、u4和u5，其中，A为压电变形镜响应矩阵，u1、u2、u3、u4、u5分别为光路一至光路五对应完整光路应有的初始压电变形镜控制电压；
[0014]步骤四：根据u1、u2、u3、u4、u5控制压电变形镜的电压完成像差校正；
[0015]所述步骤二的具体步骤为：
[0016]步骤二一：关闭本地信号光源和本地信标光源，望远镜接收对向入射光，测出光路一对应的完整光路总波前探测量和光路二对应的完整光路总波前探测量的差，即δ1‑
δ3；
[0017]步骤二二：望远镜不再接收对向入射光，然后开启本地信号光源，然后在望远镜出射端设置角反射镜，使本地信号光经由光路四从望远镜出射，然后经角反射镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路三接收，然后测出光路四对应的完整光路总波前探测量和光路三对应的完整光路总波前探测量的和，即δ4+δ3；
[0018]步骤二三：关闭本地信号光源，开启本地信标光源，望远镜仍然面向角反射镜，使本地信标光从望远镜出射，经角反射镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路二接收，然后测出光路五对应的完整光路总波前探测量和光路一对应的完整光路总波前探测量的和，以及光路五对应的完整光路总波前探测量和光路二对应的完整光路总波前探测量的和，即δ5+δ1和δ5+δ2；
[0019]步骤二四：仍然关闭本地信号光源并开启本地信标光源，将角反射镜替换为相位共轭镜，变形镜不施加电压，使本地信标光经由光路五从望远镜出射，然后经相位共轭镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路二接收，然后测出负的光路五对应的完整光路总波前探测量和光路一对应的完整光路总波前探测量的和，即
‑
δ5+δ1；
[0020]步骤二五：将步骤二四得到的
‑
δ5+δ1与步骤二三得到的δ5+δ2和δ5+δ1联立得到δ1、δ2、δ5，然后将δ1代入步骤二一的结果中得到δ3，最后将δ3代入步骤二二的结果中得到δ4，即得到δ1、δ2、δ3、δ4和δ5。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本申请利用对向入射光，角反射镜和相位共轭反射镜的全光路静态像差校正技术，控制变形镜产生特定的初始补偿面型，能够同时有效地补偿共光路与所有非共光路的静态像差，以同时保证通信终端接收与发射信号、信标光这四个功能不受影响，进而避免由于空间光通信中的共光路与非共光路静态像差导致的变形镜校正能力明显下降、通信误码率增大、追踪效果差、发射信号与信标光束质量差的问题。
附图说明
[0023]图1为本申请全光路系统结构图；
[0024]图2为本申请全光路静态像差校正方法简图；
[0025]图3为压电变形镜致动器位置与序号示意图；
[0026]图4为步骤二一的全光路系统结构图；
[0027]图5为步骤二二的全光路系统结构图；
[0028]图6为步骤二三的全光路系统结构图；
[0029]图7为步骤二四的全光路系统结构图；
[0030]图8为光路一100组随机波前RMS改善情况示意图；
[0031]图9为光路二100组随机波前RMS改善情况示意图；
[0032]图10为光路三100组随机波前RMS改善情况示意图；
[0033]图11为光路四100组随机波前RMS改善情况示意图；
[0034]图12为光路五100组随机波前RMS改善情况示意图。
具体实施方式
[0035]需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施方式之间可以相互组合。
[0036]具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，所述方法包括以下步骤：
[0037]步骤一：构建全光路模块，所述全光路系统包括五条光路：
[0038]光路一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：步骤一：构建全光路模块，所述全光路系统包括五条光路：光路一：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进行缩束，缩束后进入夏克
‑
哈特曼波前探测器；光路二：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进入第二分束器，第二分束器输出的信标光经过聚焦透镜输出后进入CCD2；光路三：入射光依次经过望远镜、跟瞄系统和压电变形镜，经过压电变形镜后的信标光通过第一分束器后进入第二分束器，进入第二分束器的信标光依次通过第三分束器、聚焦透镜、多模光纤后进入雪崩光电二极管；光路四：本地信号光源依次通过聚焦透镜、第四分束器、第三分束器、第二分束器、第一分束器、压电变形镜、跟瞄系统和望远镜后出射；光路五：本地信标光源依次通过聚焦透镜、第四分束器、第三分束器、第二分束器、第一分束器、压电变形镜、跟瞄系统和望远镜后出射；步骤二：基于构建的全光路系统分别测出δ1、δ2、δ3、δ4和δ5，其中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5分别为光路一至光路五对应的完整光路总波前探测量；步骤三：根据δ1、δ2、δ3、δ4和δ5并结合公式δ
i
＝Au
i
，得到u1、u2、u3、u4和u5，其中，A为压电变形镜响应矩阵，u1、u2、u3、u4、u5分别为光路一至光路五对应完整光路应有的初始压电变形镜控制电压；步骤四：根据u1、u2、u3、u4、u5控制压电变形镜的电压完成像差校正；所述步骤二的具体步骤为：步骤二一：关闭本地信号光源和本地信标光源，望远镜接收对向入射光，测出光路一对应的完整光路总波前探测量和光路二对应的完整光路总波前探测量的差，即δ1‑
δ3；步骤二二：望远镜不再接收对向入射光，然后开启本地信号光源，然后在望远镜出射端设置角反射镜，使本地信号光经由光路四从望远镜出射，然后经角反射镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路三接收，然后测出光路四对应的完整光路总波前探测量和光路三对应的完整光路总波前探测量的和，即δ4+δ3；步骤二三：关闭本地信号光源，开启本地信标光源，望远镜仍然面向角反射镜，使本地信标光从望远镜出射，经角反射镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路二接收，然后测出光路五对应的完整光路总波前探测量和光路一对应的完整光路总波前探测量的和，以及光路五对应的完整光路总波前探测量和光路二对应的完整光路总波前探测量的和，即δ5+δ1和δ5+δ2；步骤二四：仍然关闭本地信号光源并开启本地信标光源，将角反射镜替换为相位共轭镜，变形镜不施加电压，使本地信标光经由光路五从望远镜出射，然后经相位共轭镜反射后原路返回，再次进入望远镜，最终被光路二接收，然后测出光路五对应的完整光路总波前探测量，并计算光路五对应的完整光路总波前探测量的负值和光路一对应的完整光路总波前探测量的和，即
‑
δ5+δ1；步骤二五：将步骤二四得到的
‑
δ5+δ1与步骤二三得到的δ5+δ2和δ5+δ1联立得到δ1、δ1、δ5，
然后将δ1代入步骤二一的结果中得到δ3，最后将δ3代入步骤二二的结果中得到δ4，即得到δ1、δ2、δ3、δ4和δ5。2.根据权利要求1所述的空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，其特征在于所述步骤二一的具体步骤为：步骤二一一：对压电变形镜电极施加初始电压u0＝{0,0,
…
0}；步骤二一二：读取雪崩光电二极管的接收功率P，通过公式J＝
‑
P计算评价函数J
k
(u
k
)＝
‑
P，其中J为评价函数，k表示第k次迭代结果，u表示压电变形镜控制电压向量；步骤二一三：随机产生满足伯努利分布的扰动向量δu
k
；步骤二一四：对压电变形镜电极分别再施加正二分之一扰动向量δu
k
和负二分之一扰动向量δu
k
，然后分别读取雪崩光电二极管的接收功率P，并通过公式J＝
‑
P计算评价函数和步骤二一五：根据和得到评价函数的变化δJ
k
：步骤二一六：根据扰动向量δu
k
和评价函数的变化δJ
k
得到u
k+1
；步骤二一七：判断k的值，若k>500则执行步骤二一八，若k<＝500，则令u
k
＝u
k+1
，重复步骤二一一至步骤二一六；步骤二一八：获取夏克
‑
哈特曼波前探测器中CCD1的子光斑坐标值，即为δ1‑
δ3。3.根据权利要求2所述的空间光通信小型化终端中全光路静态像差校正方法，其特征在于所述步骤二二的具体步骤为：步骤二二一：对压电变形镜电极施加初始电压u0＝{0,0,
…
0}；步骤二二二：读取雪崩光电二极管的接收功率P...

【专利技术属性】
技术研发人员：于思源，杨兴昊，徐翔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：