亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        潛望式光通信終端反射鏡安裝誤差補(bǔ)償方法研究

        2011-09-21 08:41:16譚立英吳世臣于思源柳青峰
        載人航天 2011年3期
        關(guān)鍵詞:光通信反射鏡光束

        譚立英 吳世臣 于思源 柳青峰

        (哈爾濱工業(yè)大學(xué))

        1 引言

        與微波通信相比,衛(wèi)星光通信技術(shù)具有信息量大、傳輸速率高、隱蔽性強(qiáng),抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1],能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星間的直接通信,是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率空間信息保密通信的最優(yōu)方案之一[2]??臻g光束瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤(PAT)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離空間光通信的關(guān)鍵技術(shù),關(guān)系到是否能成功建立空間光通信鏈路以及通信質(zhì)量的好壞[3]。對(duì)于潛望鏡式結(jié)構(gòu)光通信終端,粗瞄機(jī)構(gòu)45°反射鏡安裝困難,引入誤差較大,將嚴(yán)重影響光通信終端瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)工作的精度和瞄準(zhǔn)、捕獲的成功率,為彌補(bǔ)這種誤差的影響,對(duì)PAT系統(tǒng)精瞄鏡進(jìn)行相應(yīng)的控制補(bǔ)償是十分必要的。

        目前,光通信終端普遍采用復(fù)合軸結(jié)構(gòu),即粗瞄機(jī)構(gòu)完成低帶寬大范圍瞄準(zhǔn),而精瞄機(jī)構(gòu)對(duì)粗瞄機(jī)構(gòu)的殘差進(jìn)行高帶寬小范圍的精確瞄準(zhǔn),粗、精瞄機(jī)構(gòu)協(xié)同工作,共同實(shí)現(xiàn)了通信終端的高精度、小型化。系統(tǒng)中的機(jī)械安裝誤差將導(dǎo)致終端瞄準(zhǔn)精度的下降,鑒于這些誤差對(duì)于衛(wèi)星光通信瞄準(zhǔn)過(guò)程中的嚴(yán)重影響,對(duì)于這些誤差的補(bǔ)償就變得十分必要了。本文利用通信終端中的精瞄機(jī)構(gòu),通過(guò)對(duì)壓電陶瓷偏轉(zhuǎn)鏡實(shí)時(shí)控制,在不增加系統(tǒng)硬件需求的情況下完成對(duì)粗瞄機(jī)構(gòu)平面鏡安裝誤差的補(bǔ)償。

        2 精瞄鏡控制模型

        如圖1,為典型的潛望鏡式激光通信終端發(fā)射光路,在該發(fā)射光路中出射光束由LD激光器出射,經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡,精瞄控制鏡,分束片1,望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng),潛望鏡式粗瞄機(jī)構(gòu)將通信光束發(fā)射向接收終端。粗瞄機(jī)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以使出射光束指向空域中感興趣的方向,同時(shí)對(duì)精瞄鏡進(jìn)行小角度的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)出射光束在小角度范圍內(nèi)的機(jī)動(dòng)和修正。

        在計(jì)算前,這里首先對(duì)終端基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行定義,由LD出光方向?yàn)榻K端基準(zhǔn)坐標(biāo)系Z軸,由精瞄鏡中心指向分?jǐn)?shù)片1中心的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)坐標(biāo)系X軸,Y軸成右手系方向。

        圖1 PAT系統(tǒng)工作原理圖

        在終端基準(zhǔn)坐標(biāo)系內(nèi),精瞄鏡處于初始狀態(tài)時(shí)的反射面法線矢量為所以初始狀態(tài)下精瞄鏡的反射傳輸矩陣為:

        在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)下,精瞄鏡平面在終端基準(zhǔn)坐標(biāo)系中首先矢量[0 1 0]T轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小的角度φy,然后在精瞄鏡鏡面內(nèi)繞與矢量[0 1 0]T垂直的矢量轉(zhuǎn)動(dòng)φx,以改變反射面的法線矢量方向。

        由矢量旋轉(zhuǎn)公式以及幾何光學(xué)反射鏡反射矩陣公式可以得到精瞄鏡的反射傳輸矩陣為:

        公式(2)為光通信終端發(fā)射子系統(tǒng)二維偏轉(zhuǎn)鏡(精瞄鏡)的反射傳輸矩陣,從中可以看出,入射到精瞄鏡上的光束,反射后的矢量指向方向由精瞄鏡的工作狀態(tài)決定,改變精瞄鏡的二維轉(zhuǎn)動(dòng)角度值,就可以改變反射后的信標(biāo)光束指向,所以可將公式(2)稱(chēng)為精瞄鏡的控制矩陣。

        3 發(fā)射通道的光學(xué)傳輸模型

        半導(dǎo)體激光器射出的信標(biāo)光束經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)整形后,成為一條平行光束進(jìn)入終端發(fā)射光學(xué)通道。在終端基本坐標(biāo)系內(nèi),理想LD出射的信標(biāo)光束矢量為=[0 0 1]T。

        按照建立星間激光鏈路的要求,信標(biāo)光束應(yīng)沿著粗瞄機(jī)構(gòu)出射光闌法線方向射出,即沿著終端光學(xué)系統(tǒng)主光軸方向出射。所以出射信標(biāo)光束在終端基本坐標(biāo)系內(nèi)的光束矢量為:

        其中 SZ(θAZ),SX(θEL)分別為繞 Z 軸、X 軸的矢量旋轉(zhuǎn)矩陣,θAZ,θEL分別為方位軸、俯仰軸相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

        組成終端發(fā)射光學(xué)通道的光學(xué)器件:精瞄鏡(壓電陶瓷二維偏轉(zhuǎn)鏡)、分束片1、收發(fā)合一式光學(xué)望遠(yuǎn)天線、安裝著兩個(gè)反射鏡的粗瞄機(jī)構(gòu)。由此可知,LD發(fā)射通道的光束傳輸模型為:

        其中,TEL、TAZ為安裝于粗瞄機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個(gè)反射鏡的傳輸矩陣;Twyj2為出射光路中光學(xué)望遠(yuǎn)天線的傳輸矩陣;Rf1為分束片1的反射傳輸矩陣;TLD為發(fā)射光學(xué)通道的傳輸矩陣;Ijmj為精瞄鏡控制矩陣,其形式如公式(1)所示。

        4 精瞄鏡補(bǔ)償誤差控制模型

        粗瞄機(jī)構(gòu)反射鏡安裝誤差反映在描述反射鏡位置的偏角Δα、Δβ存在偏差。其中Δα的偏差表示45°反射鏡安裝偏角偏離45°所引起的誤差,即坡角誤差;Δβ的偏差表示45°反射鏡繞反射鏡長(zhǎng)軸方向偏離水平度的偏差(潛望鏡式粗瞄機(jī)構(gòu)中45°反射鏡為橢圓形狀),即鍥角誤差。

        終端粗瞄機(jī)構(gòu)反射鏡存在安裝誤差時(shí),有α1=π/4-Δα1,α2=π/4-Δα2。其中 Δα1、Δα2、Δβ1、Δβ2為一階誤差小量。

        這樣對(duì)于反射鏡1,相當(dāng)于將反射鏡1先繞Y軸旋轉(zhuǎn)Δα1,旋轉(zhuǎn)后,反射鏡1的鏡面內(nèi)與Y軸垂直的軸線變?yōu)椋踓os(π/4-Δα1) 0 sin(π/4-Δα1)]T,根據(jù)定義鍥角為繞該矢量旋轉(zhuǎn)的小角度Δβ1。在理想無(wú)誤差情況下,它的法線為于是可得,俯仰軸反射鏡的傳輸矩陣為

        同理,我們可以計(jì)算實(shí)際存在機(jī)械安裝誤差時(shí),方位軸反射鏡的傳輸矩陣:

        在不考慮分束片的安裝誤差的情況下,理想分束片的傳輸矩陣為:

        理想的出射光路的望遠(yuǎn)天線傳輸矩陣如下式,其中n為望遠(yuǎn)鏡徑向放大率:

        分別將各光學(xué)器件的傳輸矩陣代入公式(4),可得:

        解精瞄鏡控制方程,可得:

        由(10)式可知,瞄準(zhǔn)過(guò)程中精瞄鏡的二維轉(zhuǎn)動(dòng)角度與終端內(nèi)各光學(xué)器件的安裝狀態(tài)有關(guān),與光學(xué)望遠(yuǎn)天線的放大率有關(guān),也和終端粗瞄機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的方位角和俯仰角有關(guān)。

        5 試驗(yàn)仿真及對(duì)比

        由式(10)可知對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的不同姿態(tài),精瞄鏡的補(bǔ)償算法補(bǔ)償效果是不同的,為更好的表述新的精瞄鏡的控制算法,這里進(jìn)行了具體誤差的仿真,這些誤差都是在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的合理假設(shè)。設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)反射鏡安裝的坡角誤差均為3″,鍥角誤差均為4″??傻玫皆谖唇?jīng)補(bǔ)償?shù)那闆r下轉(zhuǎn)臺(tái)的瞄準(zhǔn)精度同轉(zhuǎn)臺(tái)的姿態(tài)的關(guān)系如圖2和圖4所示。

        圖2 未補(bǔ)償情況下φ的相對(duì)誤差(單位:rad)

        圖3 φ的補(bǔ)償效果(單位:rad)

        在圖2,圖4中,在未對(duì)潛望鏡的反射鏡和望遠(yuǎn)鏡的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下,瞄準(zhǔn)的誤差大小在10-5數(shù)量級(jí)上,最大誤差接近60微弧度,這超出了衛(wèi)星光通信的瞄準(zhǔn)要求的精度范圍。

        如圖3,圖5示,在應(yīng)用了新的精瞄鏡控制算法對(duì)系統(tǒng)的安裝誤差進(jìn)行補(bǔ)償后,誤差的絕對(duì)值降低到10-8和10-9量級(jí)上,很好的改善了光通信系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)精度,這些殘余的誤差對(duì)于光通信的影響很小,滿足衛(wèi)星光通信對(duì)于瞄準(zhǔn)精度的要求。

        圖4 未補(bǔ)償情況下θ的相對(duì)誤差(單位:rad)

        圖5 θ的補(bǔ)償效果(單位:rad)

        對(duì)不同的45°反射鏡誤差進(jìn)行仿真后發(fā)現(xiàn),當(dāng)反射鏡的誤差發(fā)生變化后,補(bǔ)償前及補(bǔ)償后的仿真圖的變化趨勢(shì)并未發(fā)生變化,只是誤差峰值略有不同,但整體而言補(bǔ)償后,45°反射鏡誤差的對(duì)出射光路的影響較補(bǔ)償前降低3個(gè)數(shù)量級(jí)。

        5 結(jié)論

        本文研究了潛望式光通信終端反射鏡安裝誤差的補(bǔ)償方法?;诰殓R控制模型和反射鏡誤差模型設(shè)計(jì)了一種精瞄鏡控制算法用于抑制潛望式光通信終端反射鏡安裝機(jī)械誤差對(duì)終端瞄準(zhǔn)系統(tǒng)造成的影響,并進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在不提高反射鏡安裝機(jī)械精度的前提下,激光通信終端的出射光束指向精度提高了2~3個(gè)數(shù)量級(jí),得到良好的補(bǔ)償效果,在不增加系統(tǒng)硬件開(kāi)銷(xiāo)的情況下,降低了系統(tǒng)裝配過(guò)程中對(duì)粗瞄機(jī)構(gòu)發(fā)射鏡安裝經(jīng)度要求,縮短了系統(tǒng)生產(chǎn)周期,減少了研制成本。 ◇

        [1]劉靜江,黃永梅,傅承毓.空間光通信ATP系統(tǒng)中的跟瞄技術(shù)光電工程,第30卷第4期,2003年8月:4~7

        [2]Tolker Nielsen T,Oppenhaeuser G.In orbit test result of an operational optical intersatellite link between ARTEMIS and SPOT4.SIL EX[J].Proceedings of SPIE ,2002 ,4635:1~15.

        [3]Lesh James.Deep Space OpticalCommunicatons Development Program.SPIE Proc,1987,756:8~11

        猜你喜歡
        光通信反射鏡光束
        2維Airy光束陣列強(qiáng)度的調(diào)控技術(shù)研究
        高發(fā)電量固定式光伏支架
        新能源科技(2022年9期)2022-11-20 19:28:56
        詭異的UFO光束
        奧秘(2021年3期)2021-04-12 15:10:26
        大口徑反射鏡重力卸載設(shè)計(jì)
        基于Optiwave仿真平臺(tái)的光通信系統(tǒng)仿真分析
        西安西古光通信有限公司
        光通信:探索未來(lái)10年——2016年歐洲光通信會(huì)議述評(píng)
        激光共焦顯微光束的偏轉(zhuǎn)掃描
        機(jī)動(dòng)車(chē)載快速反射鏡激光指向修正量的解算
        機(jī)載剛性支撐式快速控制反射鏡設(shè)計(jì)
        久久精品国产字幕高潮| 中国凸偷窥xxxx自由视频妇科| 亚洲av无码成人黄网站在线观看| 精品国产亚欧无码久久久| 国产午夜精品av一区二区三| 不卡一区二区视频日本| 久久香蕉国产线熟妇人妻| 人妻丰满av∨中文久久不卡| 久久精品国产亚洲av热一区| 国产三级不卡一区不卡二区在线| 亚洲av无码av在线播放| 国产激情з∠视频一区二区| a√无码在线观看| 无人视频在线播放免费| 蜜桃日本免费观看mv| 宝贝把腿张开我要添你下边动态图| 91精品欧美综合在线观看| 中文字幕av素人专区| 曰本女人与公拘交酡| 特级毛片a级毛片在线播放www| 亚洲夫妻性生活视频网站| 国产免费av片在线观看播放| 国内自拍视频在线观看h| 国产91人妻一区二区三区| 亚洲精品久久久久中文字幕一福利| 国产偷v国产偷v亚洲偷v| 午夜一区二区在线视频| 国产香蕉视频在线播放| 一本无码人妻在中文字幕免费| 久久精品国产精品亚洲婷婷| 我揉搓少妇好久没做高潮| 中文字幕网伦射乱中文| 亚洲欧美成人a∨| 一区二区三区在线视频爽| 国产一区二区三区视频网| 18分钟处破好疼哭视频在线观看 | 久久久久久国产精品美女| 免费大学生国产在线观看p| 国产自拍在线观看视频| 国产av永久无码天堂影院| 色综合久久加勒比高清88|