專利名稱：衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置及其探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是高速跟瞄探測(cè)裝置，具體是一種衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的衛(wèi)星光通信中，具有信息量大、天線體積小、抗干擾能力強(qiáng)以及保密性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，得到了世界各國(guó)廣泛重視和研究。由于衛(wèi)星之間距離較遠(yuǎn)，激光光信號(hào)束散角較小，因此需要對(duì)光束進(jìn)行精確的對(duì)準(zhǔn)和跟蹤。光通信終端的跟瞄精度與通信的質(zhì)量密切相關(guān)，精度較差時(shí)甚至?xí)斐涉溌分袛?。在所有的星上環(huán)境因素中，衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)是影響跟瞄精度的主要因素，必須重點(diǎn)考慮振動(dòng)的補(bǔ)償問(wèn)題。日本的NASDA利用星地激光鏈路實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星ETS-VI進(jìn)行了衛(wèi)星振動(dòng)的測(cè)量。功率譜密度分析結(jié)果表明，衛(wèi)星平臺(tái)角振動(dòng)大部分處于低頻段(100Hz以內(nèi))，最大振動(dòng)幅值為數(shù)十微弧度(具體的數(shù)值與衛(wèi)星平臺(tái)的性能有關(guān))。衛(wèi)星光通信終端中，為了實(shí)現(xiàn)二維角度偏差檢測(cè)，通常采用面陣式CCD作為核心部件。為了實(shí)現(xiàn)較好的補(bǔ)償效果，要求跟瞄探測(cè)器的幀頻為數(shù)kHz到數(shù)十kHz。由于面陣CCD的信號(hào)輸出量較大，后續(xù)處理電路的傳輸和處理速度限制了探測(cè)的頻率，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。本發(fā)明能對(duì)衛(wèi)星光通信中的高速跟瞄角度偏差進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的頻率能達(dá)到數(shù)十kHz。本發(fā)明由二元光學(xué)器件1、線陣CCD 2、計(jì)算機(jī)3組成；二元光學(xué)器件1的參數(shù)是光斑頂角α=53.1°、光斑三角形高d＝200μm、光斑線半寬r＜5μm、最大偏轉(zhuǎn)角度θ＝1mrad、像素間距△d＝10μm、焦距f＝20cm、分辨精度△θ＝50μrad、二元光學(xué)器件直徑D＝2cm；光束輸入到二元光學(xué)器件1的輸入端后經(jīng)二元光學(xué)器件1傳輸并從二元光學(xué)器件1的輸出端輸出到線陣CCD2的輸入端中，線陣CCD 2的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)算機(jī)3的圖像數(shù)據(jù)輸入端；探測(cè)方法的步驟是像素位置坐標(biāo)為x，像素光強(qiáng)度值為I(x)，每全部讀出一次各像素單元上光強(qiáng)值為一幀，每讀出一幀后即運(yùn)算一次偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy，運(yùn)算步驟是a.讀出一次線陣CCD 2上光強(qiáng)值Ii(x)；b.用一維質(zhì)心算法計(jì)算光斑質(zhì)心xo′；xo′=Σx·I(x)ΣI(x)]]>c.以xo′為分割點(diǎn)分別對(duì)兩側(cè)進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算得xA和XB；xA=Σ-infxo′x·I(x)Σ-infxo′I(x),]]>xB=Σxo′infx·I(x)Σxo′infI(x)]]>d.求光斑位移，下式中α為光斑頂角；Δy=(xB-xA)2·tan(α/2),]]>Δx=12(xB+xA)]]>取光斑頂角α＝53.1°時(shí)，上式簡(jiǎn)化為；Δy＝xB-XA，Δx=12(xB+xA)]]>e.根據(jù)光斑位移求出光束偏轉(zhuǎn)角度；θx=tan-1(Δxf),]]>θy=tan-1(Δyf)]]>f.偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy測(cè)量完成；跳至第a步，開(kāi)始下一次測(cè)角。本發(fā)明能對(duì)衛(wèi)星光通信中的高速跟瞄角度偏差進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的頻率能達(dá)到數(shù)十kHz，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是光束經(jīng)二元光學(xué)器件1傳輸后投射在線陣CCD 2的輸入端上的光斑形狀示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由由二元光學(xué)器件1、線陣CCD 2、計(jì)算機(jī)3組成；二元光學(xué)器件1的參數(shù)是光斑頂角α＝53.1°、光斑三角形高d＝200μm、光斑線半寬r＜5μm、最大偏轉(zhuǎn)角度θ＝1mrad、像素間距△d＝10μm、焦距f=20cm、分辨精度△θ＝50μrad、二元光學(xué)器件直徑D＝2cm；光束輸入到二元光學(xué)器件1的輸入端后經(jīng)二元光學(xué)器件1傳輸并從二元光學(xué)器件1的輸出端輸出到線陣CCD2的輸入端中，線陣CCD2的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)算機(jī)3的圖像數(shù)據(jù)輸入端；探測(cè)方法的步驟是像素位置坐標(biāo)為x，像素光強(qiáng)度值為I(x)，每全部讀出一次各像素單元上光強(qiáng)值為一幀，每讀出一幀后即運(yùn)算一次偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy，運(yùn)算步驟是a.讀出一次線陣CCD 2上光強(qiáng)值Ii(x)；b.用一維質(zhì)心算法計(jì)算光斑質(zhì)心xo′；xo′=Σx·I(x)ΣI(x)]]>c.以xo′為分割點(diǎn)分別對(duì)兩側(cè)進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算得xA和XB；xA=Σ-infxo′x·I(x)Σ-infxo′I(x),]]>xB=Σxo′infx·I(x)Σxo′infI(x)]]>d.求光斑位移，下式中α為光斑頂角；Δy=(xB-xA)2·tan(α/2),]]>Δx=12(xB+xA)]]>取光斑頂角α＝53.1°時(shí)，上式簡(jiǎn)化為；Δy＝xB-XA，Δx=12(xB+xA)]]>e.根據(jù)光斑位移求出光束偏轉(zhuǎn)角度；θx=tan-1(Δxf),]]>θy=tan-1(Δyf)]]>f.偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy測(cè)量完成；跳至第a步，開(kāi)始下一次測(cè)角。。
線陣CCD 2選用的型號(hào)是Basler L100。
權(quán)利要求
1.衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置，它由二元光學(xué)器件(1)、線陣CCD(2)、計(jì)算機(jī)(3)組成；二元光學(xué)器件(1)的參數(shù)是光斑頂角(α)＝53.1°、光斑三角形高(d)＝200μm、光斑線半寬(r)＜5μm、最大偏轉(zhuǎn)角度θ＝1mrad、像素間距Δd＝10μm、焦距f＝20cm、分辨精度Δθ＝50μrad、二元光學(xué)器件直徑D＝2cm；其特征在于光束輸入到二元光學(xué)器件(1)的輸入端后經(jīng)二元光學(xué)器件(1)傳輸并從二元光學(xué)器件(1)的輸出端輸出到線陣CCD(2)的輸入端中，線陣CCD(2)的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)算機(jī)(3)的圖像數(shù)據(jù)輸入端。
2.衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)方法，其特征在于它的探測(cè)步驟是像素位置坐標(biāo)為x，像素光強(qiáng)度值為I(x)，每全部讀出一次各像素單元上光強(qiáng)值為一幀，每讀出一幀后即運(yùn)算一次偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy，運(yùn)算步驟是a.讀出一次線陣CCD(2)上光強(qiáng)值Ii(x)；b.用一維質(zhì)心算法計(jì)算光斑質(zhì)心xo′；xo′=Σx·I(x)ΣI(x)]]>c.以xo′為分割點(diǎn)分別對(duì)兩側(cè)進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算得xA和xB；xA=Σ-infxo′x·I(x)Σ-infxo′I(x),]]>xB=Σxo′infx·I(x)Σxo′infI(x),]]>d.求光斑位移，下式中α為光斑頂角；Δy=(xB-xA)2·tan(α/2),]]>Δx=12(xB+xA)]]>取光斑頂角α＝53.1°時(shí)，上式簡(jiǎn)化為；Δy＝xB-xA，Δx=12(xB+xA)]]>e.根據(jù)光斑位移求出光束偏轉(zhuǎn)角度；θx=tan-1(Δxf),]]>θy=tan-1(Δyf)]]>f.偏轉(zhuǎn)角度值θx、θy測(cè)量完成；跳至第a步，開(kāi)始下一次測(cè)角。
全文摘要
衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置及其探測(cè)方法，它具體是一種衛(wèi)星光通信高速跟瞄探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。光束輸入到二元光學(xué)器件(1)的輸入端后經(jīng)二元光學(xué)器件(1)傳輸并從二元光學(xué)器件(1)的輸出端輸出到線陣CCD(2)的輸入端中，線陣CCD(2)的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)算機(jī)(3)的圖像數(shù)據(jù)輸入端；探測(cè)方法的步驟是像素位置坐標(biāo)為x，像素光強(qiáng)度值為I(x)，運(yùn)算步驟是a.讀出(2)上光強(qiáng)值I
文檔編號(hào)H04B10/08GK1598482SQ20041004384
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者馬晶, 譚立英, 陳云亮, 于思源, 韓琦琦 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)