專利名稱：基于ccd的復(fù)合式反饋控制振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星光通信終端以衛(wèi)星平臺(tái)為承載，衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)將使終端天線指向產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致終端發(fā)出的信號(hào)光偏離目標(biāo)光通信終端(與之建立鏈路的地面終端或星上終端)。這種情況將使目標(biāo)終端可接收到的信號(hào)光功率發(fā)生衰減，嚴(yán)重時(shí)將引起衛(wèi)星激光通信鏈路的中斷。因此對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)提出有效的補(bǔ)償方法，是衛(wèi)星光通信技術(shù)研究中的關(guān)健問題之一。目前我國衛(wèi)星光通信系統(tǒng)處于研制階段，尚未研制出有效的衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)影響補(bǔ)償系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免由于衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)而造成的終端天線指向誤差，本發(fā)明提供了一種基于CCD的復(fù)合式反饋控制振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。
本發(fā)明的補(bǔ)償系統(tǒng)包括處于衛(wèi)星平臺(tái)上的光學(xué)天線1和信號(hào)光發(fā)生器4，所述補(bǔ)償系統(tǒng)還包括精瞄鏡2、精瞄鏡控制器5、角度測(cè)量電路3、CCD探測(cè)器6、成像透鏡組7、分光片9和濾光片8，目標(biāo)終端發(fā)射的信標(biāo)光通過光學(xué)天線1轉(zhuǎn)換為平行入射光并入射到分光片9的光輸入端，從分光片9的透射光輸出端輸出的所述平行入射光經(jīng)過濾光片8后入射到成像透鏡組7的光輸入端，在成像透鏡組7的光輸出端獲得聚焦光束并在CCD探測(cè)器6上成像，CCD探測(cè)器6的輸出端連接精瞄鏡控制器5的圖像信號(hào)輸入端；精瞄鏡2由全反射鏡2-1和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2構(gòu)成，信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光通過精瞄鏡2的全反射鏡2-1改變光路后入射到分光片9的光輸入端，所述信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光經(jīng)分光片9反射后入射到光學(xué)天線1的次鏡1-1的光輸入端，并且此信號(hào)光通過光學(xué)天線1的主鏡1-2擴(kuò)束后發(fā)射到目標(biāo)終端；角度測(cè)量電路3用于測(cè)量全反射鏡2-1的偏轉(zhuǎn)角并將此角度信號(hào)傳輸給精瞄鏡控制器5；精瞄鏡控制器5的控制信號(hào)輸出端連接精瞄鏡2的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2的輸入端，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2控制全反射鏡2-1偏轉(zhuǎn)。
工作原理在衛(wèi)星光通信終端接收目標(biāo)終端發(fā)射的信標(biāo)光時(shí)，由于衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)使信標(biāo)光的入射方向改變，則信標(biāo)光經(jīng)過終端光學(xué)系統(tǒng)成像后，光斑位置的變化便反映了衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)情況，所以本發(fā)明提出的補(bǔ)償系統(tǒng)以CCD作為衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)探測(cè)器，以精瞄鏡2作為光束指向控制機(jī)構(gòu)，精瞄鏡2在復(fù)合式反饋控制下偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，控制終端信號(hào)光的發(fā)射方向，使其始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)終端，用以抑制衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)所產(chǎn)生的影響。如圖1所示，本發(fā)明利用光學(xué)天線1、分光片9、濾光片8、成像透鏡組7、CCD探測(cè)器6、精瞄鏡控制器5和精瞄鏡2構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制，精瞄鏡控制器5利用CCD探測(cè)器6探測(cè)的信標(biāo)光成像光斑來計(jì)算衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)的幅度和方向，并通過控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2來控制全反射鏡2-1偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，使得星上終端的信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光能準(zhǔn)確的沿信標(biāo)光的初始光路向目標(biāo)終端發(fā)射，從而對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)進(jìn)行了補(bǔ)償；本發(fā)明還利用精瞄鏡控制器5、精瞄鏡2、角度測(cè)量電路3構(gòu)成了一個(gè)反饋控制環(huán)節(jié)，精瞄鏡控制器5利用角度測(cè)量電路3提供的反饋信息來為精瞄鏡2準(zhǔn)確定位。
本發(fā)明的補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)探測(cè)，并使星上終端的光束指向準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)終端。采用本系統(tǒng)的衛(wèi)星光通信終端可將平臺(tái)振動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)光指向偏差由120μrad減小至16μrad。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本具體實(shí)施方式
的補(bǔ)償系統(tǒng)由處于衛(wèi)星平臺(tái)上的光學(xué)天線1、信號(hào)光發(fā)生器4、精瞄鏡2、精瞄鏡控制器5、CCD探測(cè)器6、角度測(cè)量電路3、成像透鏡組7、分光片9和濾光片8組成，目標(biāo)終端發(fā)射的信標(biāo)光通過光學(xué)天線1轉(zhuǎn)換為平行入射光并入射到分光片9的光輸入端，從分光片9的透射光輸出端輸出的所述平行入射光經(jīng)過濾光片8后入射到成像透鏡組7的光輸入端，在成像透鏡組7的光輸出端獲得聚焦光束并在CCD探測(cè)器6上成像，CCD探測(cè)器6的輸出端連接精瞄鏡控制器5的圖像信號(hào)輸入端；精瞄鏡2由全反射鏡2-1和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2構(gòu)成，信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光通過精瞄鏡2的全反射鏡2-1改變光路后入射到分光片9的光輸入端，所述信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光經(jīng)分光片9反射后入射到光學(xué)天線1的次鏡1-1的光輸入端，并且此信號(hào)光通過光學(xué)天線1的主鏡1-2擴(kuò)束后發(fā)射到目標(biāo)終端；角度測(cè)量電路3用于測(cè)量全反射鏡2-1的偏轉(zhuǎn)角并將此角度信號(hào)傳輸給精瞄鏡控制器5；精瞄鏡控制器5的控制信號(hào)輸出端連接精瞄鏡2的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2的輸入端，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-2控制全反射鏡2-1偏轉(zhuǎn)。
所述光學(xué)天線1選用口徑為100mm、放大倍率為20倍的卡塞格倫式望遠(yuǎn)鏡為終端光學(xué)天線。所述CCD探測(cè)器6選用臺(tái)灣敏通公司生產(chǎn)的MTV-1801面陣式CCD攝像機(jī)，其主要參數(shù)為光譜響應(yīng)范圍為400nm～1100nm、像元數(shù)為795(H)×596(V)、像元尺寸為10μm、行頻為15625Hz、場(chǎng)頻為50Hz、分辨率為600TVL(線)、探測(cè)靈敏度為0.02lx(勒克斯)、信噪比大于為46dB、工作溫度-10℃～50℃、電源為DC12V(2W)。所述CCD探測(cè)器6的像元間距決定了衛(wèi)星平臺(tái)角振動(dòng)探測(cè)精度，像元數(shù)決定了其探測(cè)角振動(dòng)幅度范圍，頻譜響應(yīng)范圍決定了振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用頻段，把握上述原則即可根據(jù)需要確定CCD探測(cè)器6的型號(hào)。所述成像透鏡組7的焦距為50mm。所述信號(hào)光發(fā)生器4的中心波長(zhǎng)為800nm，光束發(fā)散角為600μrad。所述分光片9全透射目標(biāo)終端發(fā)射來的信標(biāo)光，所述分光片9全反射信號(hào)光發(fā)生器4輸出的信號(hào)光，使得發(fā)射和接收能共用同一光學(xué)天線。所述濾光片8的帶寬為10nm。
所述精瞄鏡2、精瞄鏡控制器5、角度測(cè)量電路3集成在一起，選用哈工大博實(shí)精密測(cè)控有限公司研制的MPT-2JRL001型壓電偏轉(zhuǎn)鏡及其驅(qū)動(dòng)器，此偏轉(zhuǎn)鏡的偏轉(zhuǎn)范圍為±250μrad，頻率為1kHz，反射面直徑為40mm，偏轉(zhuǎn)精度為2μrad(根據(jù)位移傳感器反饋數(shù)值推算)。此偏轉(zhuǎn)鏡的工作臺(tái)體采用超硬鋁LC4；平臺(tái)底面上粘接K9玻璃基底反射鏡，即全反射鏡2-1；此反射鏡背面固定有由兩個(gè)相互垂直的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)形成的兩條偏轉(zhuǎn)軸，此兩條偏轉(zhuǎn)軸上分別固定有兩塊德國PI壓電陶瓷(P841.20型，內(nèi)置電阻應(yīng)變式位移傳感器)，當(dāng)一塊壓電陶瓷輸出位移時(shí)，將使反射鏡產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)，兩個(gè)壓電陶瓷所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)是相互獨(dú)立的，通過計(jì)算壓電陶瓷在各自位置上的位移即可換算為反射鏡的偏轉(zhuǎn)角。
權(quán)利要求
1.基于CCD的復(fù)合式反饋控制振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，所述補(bǔ)償系統(tǒng)包括處于衛(wèi)星平臺(tái)上的光學(xué)天線(1)和信號(hào)光發(fā)生器(4)；其特征在于所述補(bǔ)償系統(tǒng)還包括精瞄鏡(2)、精瞄鏡控制器(5)、角度測(cè)量電路(3)、CCD探測(cè)器(6)、成像透鏡組(7)、分光片(9)和濾光片(8)，目標(biāo)終端發(fā)射的信標(biāo)光通過光學(xué)天線(1)轉(zhuǎn)換為平行入射光并入射到分光片(9)的光輸入端，從分光片(9)的透射光輸出端輸出的所述平行入射光經(jīng)過濾光片(8)后入射到成像透鏡組(7)的光輸入端，在成像透鏡組(7)的光輸出端獲得聚焦光束并在CCD探測(cè)器(6)上成像，CCD探測(cè)器(6)的輸出端連接精瞄鏡控制器(5)的圖像信號(hào)輸入端；精瞄鏡(2)由全反射鏡(2-1)和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2-2)構(gòu)成，信號(hào)光發(fā)生器(4)輸出的信號(hào)光通過精瞄鏡(2)的全反射鏡(2-1)改變光路后入射到分光片(9)的光輸入端，所述信號(hào)光發(fā)生器(4)輸出的信號(hào)光經(jīng)分光片(9)反射后入射到光學(xué)天線(1)的次鏡(1-1)的光輸入端，并且此信號(hào)光通過光學(xué)天線(1)的主鏡(1-2)擴(kuò)束后發(fā)射到目標(biāo)終端；角度測(cè)量電路(3)用于測(cè)量全反射鏡(2-1)的偏轉(zhuǎn)角并將此角度信號(hào)傳輸給精瞄鏡控制器(5)；精瞄鏡控制器(5)的控制信號(hào)輸出端連接精瞄鏡(2)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2-2)的輸入端，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2-2)控制全反射鏡(2-1)偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD的復(fù)合式反饋控制振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述分光片(9)全透射目標(biāo)終端發(fā)射來的信標(biāo)光，所述分光片(9)全反射信號(hào)光發(fā)生器(4)輸出的信號(hào)光。
全文摘要
基于CCD的復(fù)合式反饋控制振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，它涉及衛(wèi)星光通信技術(shù)領(lǐng)域，它避免了由于衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)而造成的終端天線指向誤差。目標(biāo)終端發(fā)射的信標(biāo)光依次經(jīng)光學(xué)天線(1)、分光片(9)、濾光片(8)、成像透鏡組(7)后在CCD探測(cè)器(6)上成像，信號(hào)光發(fā)生器(4)輸出的信號(hào)光依次經(jīng)全反射鏡(2－1)、分光片(9)后由光學(xué)天線(1)擴(kuò)束并發(fā)射到目標(biāo)終端；精瞄鏡控制器(5)利用CCD探測(cè)器(6)獲得的信標(biāo)光的偏角信息來控制全反射鏡(2－1)偏轉(zhuǎn)，使得信號(hào)光能準(zhǔn)確的沿信標(biāo)光的初始光路向目標(biāo)終端發(fā)射。本發(fā)明的補(bǔ)償系統(tǒng)能實(shí)時(shí)探測(cè)衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)，并將平臺(tái)振動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)光指向偏差由120μrad減小至16μrad。
文檔編號(hào)H04B10/118GK1825786SQ20061000988
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者譚立英, 馬晶, 韓琦琦, 于思源 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)