本技术介绍了一种应用于卫星激光通信领域的高精度光路指向误差检测技术及其配套设备。该技术旨在解决现有技术中的系统误差和检测精度不足问题。设备包括干涉仪、可调角度/位置的透反射部分、跟踪光光源、通信光光源以及透反射部分。透反射部分由45°反射镜和可调倾斜参考镜组成,能够调整参考镜的角度和/或与反射镜的距离,进而改变探测器上的干涉条纹周期和清晰度,实现高精度的光路指向误差检测。
背景技术
随着地球勘察、军事对抗、深空成像、气象分析、星间组网等技术向更小目标、更快动作、更高速率方向的发展,其对通信的需求也呈爆炸式增长。卫星光通信凭借着其通信速率高(相较于微波通信高出2个数量等级,可达100Gbps)、保密性能好(光束发散角小urad量级)、光束指向精度高、终端轻小型化(几千克到几十千克)的优点,有望突破卫星微波通信速率低的瓶颈,满足信息化时代对于通信速率大幅提高的需求。卫星光通信终端主要由调制解调子系统、光路收发子系统(HOUSING)、指向-识别-跟踪(Pointing-Acquisition–Tracking,PAT)子系统三大子系统组成,在进行通信之前,需要激光通信载荷对准目标并且稳定跟踪之后才能进行通信,这时就需要激光通信终端有精准的光束指向,这对于HOUSING及PAT系统有着较高的要求,尤其对于通信发射光路与通信接收光路,二者影响着通信质量及对目标的跟踪质量。目前对于激光通信终端收、发光路同轴度检测主要采用对角锥棱镜(Cube-Corner Retro-reflector,CCR)回射光斑的质心检测进行,这种方法对于CCR的几何误差(面形误差及二面角误差)和探测器的检测精度以及光斑质心的计算精度有较高要求。而由于激光通信光束一般只有几十urad,因此极小的检测误差将会对激光链路的稳定性、通信质量造成很大影响。
干涉图样中包含丰富的信息,通过分析干涉条纹的疏密、形状或方向可以间接得到角度偏差,且干涉检测具有非接触,分辨率高的特点,可以实现精密的测量。文献Analysis of Coaxiality Error Induced by the cube corner retro-reflectorGeometrical and Assembly Errors of an Acquisition,Pointing,and TrackingSystem分析了角锥棱镜中几何误差(反射面面形误差和二面角误差)对回射光波前的影响,进而分析了同轴度误差,在PAT系统装调误差及CCR几何误差的共同作用下,系统的同轴度误差达到了近700urad。采用CCR进行检测存在的问题是:1、同轴度的检测精度与CCR的制造误差有很大的关系,制造误差引起几何误差,进而影响到波前,波前再影响光斑的定位精度造成同轴度在检测时误差过大;2、同轴度的检测是根据光斑质心定位,主要依靠质心的计算精度,因此探测器的精度(对于面阵探测器像素尺寸,对于四象限探测器来说其暗区造成的计算误差)对同轴度也有一定影响;3、这种方法采用了单光源的回射光进行检测,即出射光线经过光路后被CCR回射进APT系统,再经过跟踪接收支路到达探测器表面,这样难以避免的将通信发射光路的一部分装调误差引入进来。
因此,降低系统误差带来的影响,寻求高精度的激光通信终端同轴度检测方法,降低检测难度是本领域工作人员的研究难点。
实现思路