卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法.pdf

卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法，它具体是一种卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法。光束输入到二元光学器件(1)的输入端后经二元光学器件(1)传输并从二元光学器件(1)的输出端输出到线阵CCD(2)的输入端中，线阵CCD(2)的图像数据输出端连接计算机(3)的图像数据输入端；探测方法的步骤是：像素位置坐标为x，像素光强度值为I(x)，运算步骤是：a.读出(2)上光强值Ii (x)；b.用一维质心算法计算光斑质心xo′；c.以xo′为分割点分别对两侧进行质心计算得xA和xB；d.求光斑位移；e.根据光斑位移求出光束偏转角度；f.偏转角度值θx、θy测量完成。本发明能对卫星光通信中的高速跟瞄角度偏差进行检测，检测的频率能达到数十kHz。

1.  卫星光通信高速跟瞄探测装置，它由二元光学器件(1)、线阵CCD(2)、计算机(3)组成；二元光学器件(1)的参数是：光斑顶角(α)＝53.1°、光斑三角形高(d)＝200μm、光斑线半宽(r)＜5μm、最大偏转角度θ＝1mrad、像素间距Δd＝10μm、焦距f＝20cm、分辨精度Δθ＝50μrad、二元光学器件直径D＝2cm；其特征在于光束输入到二元光学器件(1)的输入端后经二元光学器件(1)传输并从二元光学器件(1)的输出端输出到线阵CCD(2)的输入端中，线阵CCD(2)的图像数据输出端连接计算机(3)的图像数据输入端。

2.  卫星光通信高速跟瞄探测方法，其特征在于它的探测步骤是：像素位置坐标为x，像素光强度值为I(x)，每全部读出一次各像素单元上光强值为一帧，每读出一帧后即运算一次偏转角度值θ_x、θ_y，运算步骤是：
a.读出一次线阵CCD(2)上光强值I_i(x)；
b.用一维质心算法计算光斑质心x_o′；
x o ′ = Σx · I ( x ) ΣI ( x ) ]]>
c.以x_o′为分割点分别对两侧进行质心计算得x_A和x_B；
x A = Σ - inf x o ′ x · I ( x ) Σ - inf x o ′ I ( x ) , ]]> x B = Σ x o ′ inf x · I ( x ) Σ x o ′ inf I ( x ) , ]]>
d.求光斑位移，下式中α为光斑顶角；
Δy = ( x B - x A ) 2 · tan ( α / 2 ) , ]]> Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
取光斑顶角α＝53.1°时，上式简化为；
                            Δy＝x_B-x_A， Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
e.根据光斑位移求出光束偏转角度；
θ x = tan - 1 ( Δx f ) , ]]> θ y = tan - 1 ( Δy f ) ]]>
f.偏转角度值θ_x、θ_y测量完成；跳至第a步，开始下一次测角。

卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法
技术领域：
本发明涉及的是高速跟瞄探测装置，具体是一种卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法。
背景技术：
现有的卫星光通信中，具有信息量大、天线体积小、抗干扰能力强以及保密性好等显著优点，得到了世界各国广泛重视和研究。由于卫星之间距离较远，激光光信号束散角较小，因此需要对光束进行精确的对准和跟踪。光通信终端的跟瞄精度与通信的质量密切相关，精度较差时甚至会造成链路中断。在所有的星上环境因素中，卫星平台振动是影响跟瞄精度的主要因素，必须重点考虑振动的补偿问题。日本的NASDA利用星地激光链路实验卫星ETS-VI进行了卫星振动的测量。功率谱密度分析结果表明，卫星平台角振动大部分处于低频段(100Hz以内)，最大振动幅值为数十微弧度(具体的数值与卫星平台的性能有关)。卫星光通信终端中，为了实现二维角度偏差检测，通常采用面阵式CCD作为核心部件。为了实现较好的补偿效果，要求跟瞄探测器的帧频为数kHz到数十kHz。由于面阵CCD的信号输出量较大，后续处理电路的传输和处理速度限制了探测的频率，同时也增加了系统的复杂度。
发明内容：
本发明的目的是提供一种卫星光通信高速跟瞄探测装置及其探测方法。本发明能对卫星光通信中的高速跟瞄角度偏差进行检测，检测的频率能达到数十kHz。本发明由二元光学器件1、线阵CCD 2、计算机3组成；二元光学器件1的参数是：光斑顶角α=53.1°、光斑三角形高d＝200μm、光斑线半宽r＜5μm、最大偏转角度θ＝1mrad、像素间距△d＝10μm、焦距f＝20cm、分辨精度△θ＝50μrad、二元光学器件直径D＝2cm；光束输入到二元光学器件1的输入端后经二元光学器件1传输并从二元光学器件1的输出端输出到线阵CCD2的输入端中，线阵CCD 2的图像数据输出端连接计算机3的图像数据输入端；探测方法的步骤是：像素位置坐标为x，像素光强度值为I(x)，每全部读出一次各像素单元上光强值为一帧，每读出一帧后即运算一次偏转角度值θ_x、θ_y，运算步骤是：
a.读出一次线阵CCD 2上光强值I_i(x)；
b.用一维质心算法计算光斑质心x_o′；
x o ′ = Σx · I ( x ) ΣI ( x ) ]]>
c.以x_o′为分割点分别对两侧进行质心计算得x_A和X_B；
x A = Σ - inf x o ′ x · I ( x ) Σ - inf x o ′ I ( x ) , ]]>
x B = Σ x o ′ inf x · I ( x ) Σ x o ′ inf I ( x ) ]]>
d.求光斑位移，下式中α为光斑顶角；
Δy = ( x B - x A ) 2 · tan ( α / 2 ) , ]]> Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
取光斑顶角α＝53.1°时，上式简化为；
Δy＝x_B-X_A， Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
e.根据光斑位移求出光束偏转角度；
θ x = tan - 1 ( Δx f ) , ]]> θ y = tan - 1 ( Δy f ) ]]>
f.偏转角度值θ_x、θ_y测量完成；跳至第a步，开始下一次测角。本发明能对卫星光通信中的高速跟瞄角度偏差进行检测，检测地频率能达到数十kHz，并具有结构简单、成本低的特点。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图，图2是光束经二元光学器件1传输后投射在线阵CCD 2的输入端上的光斑形状示意图。
具体实施方式：
结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式由由二元光学器件1、线阵CCD 2、计算机3组成；二元光学器件1的参数是：光斑顶角α＝53.1°、光斑三角形高d＝200μm、光斑线半宽r＜5μm、最大偏转角度θ＝1mrad、像素间距△d＝10μm、焦距f=20cm、分辨精度△θ＝50μrad、二元光学器件直径D＝2cm；光束输入到二元光学器件1的输入端后经二元光学器件1传输并从二元光学器件1的输出端输出到线阵CCD2的输入端中，线阵CCD2的图像数据输出端连接计算机3的图像数据输入端；探测方法的步骤是：像素位置坐标为x，像素光强度值为I(x)，每全部读出一次各像素单元上光强值为一帧，每读出一帧后即运算一次偏转角度值θ_x、θ_y，运算步骤是：
a.读出一次线阵CCD 2上光强值I_i(x)；
b.用一维质心算法计算光斑质心x_o′；
x o ′ = Σx · I ( x ) ΣI ( x ) ]]>
c.以x_o′为分割点分别对两侧进行质心计算得x_A和X_B；
x A = Σ - inf x o ′ x · I ( x ) Σ - inf x o ′ I ( x ) , ]]> x B = Σ x o ′ inf x · I ( x ) Σ x o ′ inf I ( x ) ]]>
d.求光斑位移，下式中α为光斑顶角；
Δy = ( x B - x A ) 2 · tan ( α / 2 ) , ]]> Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
取光斑顶角α＝53.1°时，上式简化为；
Δy＝x_B-X_A， Δx = 1 2 ( x B + x A ) ]]>
e.根据光斑位移求出光束偏转角度；
θ x = tan - 1 ( Δx f ) , ]]> θ y = tan - 1 ( Δy f ) ]]>
f.偏转角度值θ_x、θ_y测量完成；跳至第a步，开始下一次测角。。
线阵CCD 2选用的型号是Basler L100。