激光通信终端收发同轴实时校准方法与流程

本发明属于激光通信领域。

背景技术：

在现有的地面激光通信设备通信时，收发同轴是一项基本要求。要想保证两终端持续通信，就需要保持各光轴之间的同轴度，以保证各个系统间的一致性和准确性。然而影响收发同轴的因素有很多，比如剧烈的温度变化、环境震动，都会改变原有的收发同轴度。在对于此类影响无法避免的同时，由于远距离双向激光通信要求指向精度高，通常以μrad为单位计量，所以有稍许误差就会导致激光终端发射光轴与接收光轴不平行，无法保证双向传输的基本条件，从而使接收性能下降甚至无法接收到信号，出现传输中断。

虽然有些检测设备具有对激光终端同轴度的检测功能，但是由于其检测系统构成复杂，检测流程耗时繁琐，且对外场工作环境的适应能力差，还会存在人为检测因素的干扰，影响了激光终端同轴度检测结果的精度。因此，以上问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有检测激光通信终端同轴度的设备，其检测系统构成复杂，检测流程耗时繁琐，且对外场工作环境的适应能力差的问题，本发明提供了一种激光通信终端收发同轴实时校准方法。

激光通信终端收发同轴实时校准方法，该校准方法用于对激光通信终端发射光路中发射精瞄摆镜位置进行校准，所述校准方法是基于上位机、激光通信终端和校准引导镜实现；所述激光通信终端包括光学天线和激光探测解码装置，所述激光探测解码装置包括ccd接收装置和信号光探测解码装置；

校准方法包括如下步骤：

步骤一、通过激光通信终端的光学天线向校准引导镜的接收面发射一束激光，所述一束激光包含有信号光和信标光；信标光经校准引导镜反射后送至激光通信终端的ccd接收装置，同时，信号光经校准引导镜反射后送至激光通信终端的信号光探测解码装置；

步骤二、信号光探测解码装置对其接收的信号光的反射光进行解码后，获得的信号光解码值发送至上位机；

步骤三、上位机将其接收的信号光解码值与预设误码率进行比较，当信号光解码值小于预设误码率时，上位机控制ccd接收装置开始工作；

步骤四、ccd接收装置对其接收的信标光的反射光进行处理后，获得信标光的反射光在激光探测解码装置坐标系中的位置坐标(x1，y1)，并将位置坐标(x1，y1)发送至上位机；

步骤五、上位机根据接收的信标光的反射光的位置坐标(x1，y1)，获得激光通信终端的收发光轴偏差角δφ；

步骤六、上位机再根据收发光轴偏差角δφ，获得激光通信终端发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy，再根据δfx和δfy对发射光路中发射精瞄摆镜的当前位置进行修正，从而实现对激光通信终端的发射光路和接收光路同轴度的校准；

其中，δfx表示发射精瞄摆镜相对于激光探测解码装置坐标系x轴的修正角度；

δfy表示发射精瞄摆镜相对于激光探测解码装置坐标系y轴的修正角度。

优选的是，步骤五中，上位机根据接收的信标光的反射光的位置坐标(x1，y1)，获得激光通信终端的收发光轴偏差角δφ的具体过程为：

步骤五一、根据位置坐标(x1，y1)，获得δφx和δφy；

其中，

步骤五二、将公式一和公式二代入公式三中，获得激光通信终端的收发光轴偏差角δφ；

d为ccd接收装置的像元尺寸；

f为激光通信终端的系统焦距；

x0为激光探测解码装置坐标系原点的横坐标；

y0为激光探测解码装置坐标系原点的纵坐标。

优选的是，步骤六中，上位机再根据收发光轴偏差角δφ，获得激光通信终端发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy的实现方式为：

δfx＝αδφx+βδφy(公式四)；

δfy＝α'δφx+β'δφy(公式五)；

其中，α为发射精瞄摆镜坐标系的x轴与激光探测解码装置坐标系x轴间夹角比例系数；

α'为发射精瞄摆镜坐标系的x轴与激光探测解码装置坐标系y轴间夹角比例系数；

β为发射精瞄摆镜坐标系的y轴与激光探测解码装置坐标系x轴间夹角比例系数；

β'为发射精瞄摆镜坐标系的y轴与激光探测解码装置坐标系y轴间夹角比例系数。

优选的是，校准引导镜为三角锥棱镜结构，且校准引导镜的接收面镀一层光学薄膜。

优选的是，步骤一中，校准引导镜位于激光通信终端前方1米至2米处。

本发明带来的有益效果为：本发明通过激光通信终端接收自身所发出的信号光与信标光的反射光，对其进行光束角度偏移量的分析与计算，获得收发光轴偏差角δφ，并根据收发光轴偏差角δφ获得发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy，再根据δfx和δfy对发射光路中发射精瞄摆镜的当前位置进行修正，由于发射光路与接收光路相关，故对发射精瞄摆镜的当前位置进行修正时，同时也实现了对接收光路的修正，，从而实现对激光通信终端的发射光路和接收光路同轴度的校准。

本发明所述的激光通信终端收发同轴实时校准方法，所基于的系统结构简单，校准过程简单，耗时短，可实时对现场中的激光通信终端同轴度进行修正，且对外场工作环境的适应强，可自动进行对信标、信号光束的角度差、位置差测量，减少了人为检测因素的干扰，且利用激光通信终端自身的高可靠、高性能的ccd接收装置和信号光探测解码装置，使检测系统简单高效，检测结果精度高。并且通过成熟的校准补偿方法可实现高时效性地校准，保证了通信的可靠性与稳定性。

本发明提出了一种全新的适用于地面点对点激光通信终端收发同轴实时校准方法，该方法在多种环境条件下，都能够保持收发光路的同轴度，实现了对同轴度的实时检测和补偿修复，提升了光通信终端耦合功率和整体通信性能。

附图说明

图1是激光通信终端收发同轴实时校准方法的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的激光通信终端收发同轴实时校准方法，该校准方法用于对激光通信终端2发射光路中发射精瞄摆镜位置进行校准，所述校准方法是基于上位机1、激光通信终端2和校准引导镜3实现；所述激光通信终端2包括光学天线、激光探测解码装置，激光探测解码装置包括ccd接收装置和信号光探测解码装置；

校准方法包括如下步骤：

步骤一、通过激光通信终端2的光学天线向校准引导镜3的接收面发射一束激光，所述一束激光包含有信号光和信标光；信标光经校准引导镜3反射后送至激光通信终端2的ccd接收装置，同时，信号光经校准引导镜3反射后送至激光通信终端2的信号光探测解码装置；

步骤二、信号光探测解码装置对其接收的信号光的反射光进行解码后，获得的信号光解码值发送至上位机1；

步骤三、上位机1将其接收的信号光解码值与预设误码率进行比较，当信号光解码值小于预设误码率时，上位机1控制ccd接收装置开始工作；

步骤四、ccd接收装置对其接收的信标光的反射光进行处理后，获得信标光的反射光在激光探测解码装置坐标系中的位置坐标(x1，y1)，并将位置坐标(x1，y1)发送至上位机1；

步骤五、上位机1根据接收的信标光的反射光的位置坐标(x1，y1)，获得激光通信终端2的收发光轴偏差角δφ；

步骤六、根据收发光轴偏差角δφ，获得激光通信终端2发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy，根据δfx和δfy对发射精瞄摆镜的当前位置进行修正，从而实现对激光通信终端的发射光路和接收光路同轴度的校准；

其中，δfx表示发射精瞄摆镜相对于激光探测解码装置坐标系x轴的修正角度；

δfy表示发射精瞄摆镜相对于激光探测解码装置坐标系y轴的修正角度。

本实施方式通过激光通信终端2接收自身所发出的信号光与信标光的反射光，对其进行光束角度偏移量的分析与计算，获得收发光轴偏差角δφ，并根据收发光轴偏差角δφ获得发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy，再根据δfx和δfy对发射光路中发射精瞄摆镜的当前位置进行修正，由于上述修正角度是以接收光路为基准得到，故只需对发射精瞄镜进行修正即可,从而实现对激光通信终端的发射光路和接收光路同轴度的校准。

本发明所述的激光通信终端收发同轴实时校准方法，所基于的系统结构简单，校准过程简单，耗时短，可实时对现场中的激光通信终端同轴度进行修正，且对外场工作环境的适应强，可自动进行对信标、信号光束的角度差、位置差测量，减少了人为检测因素的干扰，且利用激光通信终端自身的高可靠、高性能的ccd接收装置和信号光探测解码装置，使检测系统简单高效，检测结果精度高。并且通过成熟的校准补偿方法可实现高时效性地校准，保证了通信的可靠性与稳定性。

进一步的，步骤五中，上位机1根据接收的信标光的反射光的位置坐标(x1，y1)，获得激光通信终端2的收发光轴偏差角δφ的具体过程为：

步骤五一、根据位置坐标(x1，y1)，获得δφx和δφy；

其中，

步骤五二、将公式一和公式二代入公式三中，获得激光通信终端2的收发光轴偏差角δφ；

d为ccd接收装置的像元尺寸；

f为激光通信终端2的系统焦距；

x0为激光探测解码装置坐标系原点的横坐标；

y0为激光探测解码装置坐标系原点的纵坐标。

本优选实施方式，通过简单的数学运算即可实现对激光通信终端2的收发光轴偏差角δφ的获取，获取过程简单便于实现。

更进一步的，步骤六中，根据收发光轴偏差角δφ，获得激光通信终端2发射光路中的发射精瞄摆镜的修正角度δfx和δfy的实现方式为：

δfx＝αδφx+βδφy(公式四)；

δfy＝α'δφx+β'δφy(公式五)；

其中，α为发射精瞄摆镜坐标系的x轴与激光探测解码装置坐标系x轴间夹角比例系数；

α'为发射精瞄摆镜坐标系的x轴与激光探测解码装置坐标系y轴间夹角比例系数；

β为发射精瞄摆镜坐标系的y轴与激光探测解码装置坐标系x轴间夹角比例系数；

β'为发射精瞄摆镜坐标系的y轴与激光探测解码装置坐标系y轴间夹角比例系数。

更进一步的，校准引导镜3为三角锥棱镜结构，且校准引导镜3的接收面镀一层光学薄膜。

更进一步的，步骤一中，校准引导镜3位于激光通信终端2前方1米至2米处。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。