用于星地激光通信的接收光耦合装置及其自动标定方法与流程

本发明涉及光学系统，尤其涉及一种用于星地激光通信的接收光耦合装置及其自动标定方法。

背景技术：

1、接收光耦合装置是实现激光下行信号高效传输和接收的关键设备之一，在星地激光通信中，地面接收端在接收到卫星端发送的下行激光信号后，需要将下行激光信号耦合到接收器件，其目的是实现下行激光信号的低损耗、高保真传输，以提高星地激光通信的质量和效率。

2、相关技术中，接收光耦合装置通常由汇聚透镜和耦合光纤组成，由于结构较为简陋，难以实现对下行激光信号的精确处理，光耦合效果较差，难以满足地面接收端高精度的光耦合需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于星地激光通信的接收光耦合装置及其自动标定方法，用以解决传统接收光耦合装置结构简陋，难以实现对下行激光信号的精确处理，光耦合效果差的缺陷。

2、一方面，本发明提供一种用于星地激光通信的接收光耦合装置，包括：

3、光路校正组件，用于对星地激光通信中的下行激光信号进行光束传播方向校正，得到方向校正后的第二激光信号；

4、分光成像组件，用于将所述第二激光信号分离为耦合光信号和校准光信号，将所述校准光信号汇聚至成像视场内，生成校准光斑图像；

5、耦合光处理组件，用于依次对所述耦合光信号进行汇聚、接收以及光电转换处理，得到光电探测信号；

6、控制组件，分别与所述光路校正组件、所述分光成像组件以及所述耦合光处理组件相连，所述控制组件用于在标定模式下，根据测试光信号的光功率值，对所述光路校正组件和所述耦合光处理组件中至少部分器件进行调控，以确定光斑目标位置；所述控制组件还用于在通信模式下，依据所述光斑目标位置，对所述光路校正组件中至少部分器件进行调控，以控制所述校准光斑图像中的光斑闭环至所述光斑目标位置。

7、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述光路校正组件包括：反射镜和压电偏转镜；

8、所述反射镜用于将星地激光通信中的下行激光信号反射至耦合光路中的所述压电偏转镜，所述压电偏转镜用于对所述下行激光信号进行光束传播方向校正，得到方向校正后的第二激光信号。

9、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述分光成像组件包括：分光镜、角锥棱镜、第一汇聚透镜以及相机；

10、所述分光镜用于将所述第二激光信号分离为耦合光信号和校准光信号，所述角锥棱镜用于将所述校准光信号反射至校准光路中的所述第一汇聚透镜，所述第一汇聚透镜用于将所述校准光信号汇聚至成像视场内，所述相机用于对成像视场内的所述校准光信号进行成像，生成校准光斑图像。

11、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述耦合光处理组件包括：第二汇聚透镜、耦合光纤、位移电机以及光电探测器；

12、所述耦合光纤与所述位移电机相连，所述位移电机运行带动所述耦合光纤移动，以使所述第二汇聚透镜将所述耦合光信号汇聚至耦合光纤的端面，所述耦合光纤用于接收所述耦合光信号，并将所述耦合光信号传输至所述光电探测器，所述光电探测器用于对接收到的所述耦合光信号进行光电转换处理，得到光电探测信号。

13、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述控制组件包括：数据处理模块、压电偏转镜控制模块以及电机控制模块；

14、所述数据处理模块用于在标定模式下，根据测试光信号的光功率值，生成第一指向控制指令和电机运行控制指令；

15、所述压电偏转镜控制模块用于根据所述第一指向控制指令，对所述光路校正组件中压电偏转镜的指向进行调控；

16、所述电机控制模块用于根据所述电机运行控制指令，对所述耦合光处理组件中位移电机的运行参数进行调控；

17、所述数据处理模块还用于在通信模式下，根据首次调控结束后确定的光斑目标位置，生成第二指向控制指令；

18、所述压电偏转镜控制模块还用于根据所述第二指向控制指令，对所述光路校正组件中压电偏转镜的指向进行进一步调控，直至所述校准光斑图像中的光斑闭环至所述光斑目标位置。

19、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述控制组件还包括：反射镜控制模块，所述反射镜控制模块与所述数据处理模块相连；

20、所述数据处理模块用于根据用户选定的工作模式，生成反射镜控制指令；

21、所述反射镜控制模块用于根据所述反射镜控制指令，控制所述光路校正组件中的反射镜切入或切出光路。

22、根据本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置，所述装置还包括：监控上位机；

23、所述监控上位机分别与所述分光成像组件和所述控制组件相连；

24、所述监控上位机用于接收所述分光成像组件生成的校准光斑图像以及所述控制组件上传的调控过程中的关键控制参数，并根据所述校准光斑图像和所述关键控制参数，生成接收光耦合数据报表。

25、另一方面，本发明还提供一种自动标定方法基于上述任一种所述的用于星地激光通信的接收光耦合装置；所述方法包括：

26、将光路校正组件中的反射镜切出测试光路，并在测试光路中设置用于发出测试光信号的测试光源；

27、分别对光路校正组件中的压电偏转镜和耦合光处理组件中的位移电机进行扫描，在扫描过程中建立第一数据对应关系和第二数据对应关系；其中，所述第一数据对应关系用于表征压电偏转镜的位置与测试光信号的光功率值之间的对应关系，所述第二数据对应关系用于表征位移电机的位移量与测试光信号的光功率值之间的对应关系；

28、依据所述第一数据对应关系确定测试光信号的光功率值最大时压电偏转镜的目标位置，并依据所述压电偏转镜的目标位置，对所述压电偏转镜的指向进行调控；

29、依据所述第二数据对应关系确定测试光信号的光功率值最大时位移电机的目标位移量，并依据所述位移电机的目标位移量，对所述位移电机的运行参数进行调控；

30、获取扫描过程中测试光源的光功率数据集合，并依据所述光功率数据集合，确定用于星地激光通信的接收光耦合装置的标定结果。

31、根据本发明提供的自动标定方法，对光路校正组件中压电偏转镜进行扫描，包括：

32、确定光路校正组件中压电偏转镜的当前位置，并以所述压电偏转镜的当前位置为中心点进行螺旋扫描。

33、根据本发明提供的自动标定方法，依据所述光功率数据集合，确定用于星地激光通信的接收光耦合装置的标定结果，包括：

34、若所述光功率数据集合出现单一峰值，则依据调控结束后校准光斑图像中的光斑位置，确定光斑目标位置；

35、将所述光斑目标位置作为用于星地激光通信的接收光耦合装置的标定结果。

36、本发明提供的用于星地激光通信的接收光耦合装置及其自动标定方法，通过光路校正组件、分光成像组件、耦合光处理组件以及控制组件配合，能够在校正模式下根据测试光信号的光功率值，对光路校正组件和耦合光处理组件中至少部分器件进行调控，以确定光斑目标位置，并在通信模式下控制校准光斑图像中的光斑闭环至光斑目标位置。由于改进后的接收光耦合装置能够根据相关参数实现自动调控，确保校准光斑图像中的光斑始终位于最优位置，从而提高了光耦合精度，更能满足地面接收端的高精度光耦合需求。