CN101672727A - 空间光通信终端通信探测器视场角测量装置和方法 - Google Patents

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空间光通信终端通信探测器视场角测量装置和方法，它涉及空间光通信领域，解决了现有技术无法对空间光通信终端通信探测器视场角进行精确测量的问题，本发明由激光器、小孔光阑、光学衰减片、长焦平行光管、可变光阑和误码率分析仪按照光传输方向依次排列组成，具体测量步骤如下：A.调制激光器的输出光信号；B.计算长焦平行光管输出光束的发散角θ；C.将激光器输出的光信号衰减至临界状态；D.可变光阑对入射被测终端的光束进行遮挡；E.记录被测光通信终端的入光口径为D0；F.记录误码率分析仪输出误码信号时可变光阑的光阑直径D1；G.计算被测光通信终端中通讯探测器的视场角θs。本发明适用于对视场角的精度要求较高的测量场合。

Description

空间光通信终端通信探测器视场角测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及空间光通信领域，具体涉及一种空间光通信终端的通信探测器视场角测量装置和方法。
背景技术：
空间光通信曾掀起研究的热潮，但自从70年代光纤通信的迅速发展以及大气光通信受到天气的严重影响，使得一度辉煌的空间光通信研究陷入低谷。但随着对超稳激光器、新型光束控制器、高灵敏度和高数据率接收器和适合空间应用的先进通信电子设备的研究基本成熟，空间光通信又成为下一代光通信的发展方向之一。在过去10年内，对卫星轨道之间、空对地、地对空、地对地等各种形式光通信系统的研究在世界各发达国家中广泛进行，一些先进国家已经推出空间光通信的一些产品，我国通信事业的迅速发展也对空间光通信提出了要求。
在空间光通信终端研制过程中，通信探测器视场角是空间光通信终端的重要指标，必须进行精确测量。由于通信探测器不能输出光斑成像信息，目前尚无标准方法对空间光通信终端通信探测器视场角进行精确测量。
发明内容：
本发明为了解决现有技术中无法对空间光通信终端通信探测器视场角进行精确测量的问题，提供一种空间光通信终端通信探测器视场角测量装置和方法。
一种空间光通信终端通信探测器视场角测量装置，它包括具有调制功能的激光器、小孔光阑、光学衰减片、长焦平行光管、可变光阑和误码率分析仪，所述各元件按照光传输方向依次排列，被测光通信终端设置在可变光阑与误码率分析仪之间，所述被测光通信终端由成像透镜组和通信探测器组成，所述小孔光阑放置在长焦平行光管的焦点处，所述被测光通信终端的系统光轴与长焦平行光管的输出光光轴平行并且被测光通信终端的入射光端口能够被光束覆盖，所述被测光通信终端的信号输出端与误码率分析仪的信号输入端相连。
空间光通信终端通信探测器视场角的测量方法，此方法的具体步骤如下：
步骤A：调制激光器的输出光的频率、波长或强度的其中一个参数或多个参数，使误码率分析仪能够接收到信号；
步骤B：调制后的激光器输出光照射到小孔光阑上，小孔光阑的输出光经长焦平行光管输入至被测光通信终端。计算长焦平行光管输出光束的发散角θ；
步骤C：利用光学衰减片对激光器输出的光信号进行衰减，减小输入到被测光通信终端的光强至临界状态，所述临界状态为：再增加透过率为-0.01dB的光学衰减片时，通信探测器的输出信号经误码率分析仪分析输出误码信号，所述误码率分析仪输出误码信号与否的情况为：当通信探测器完全被光斑覆盖时，误码率分析仪不输出误码信号，当通信探测器不能完全被光斑覆盖时，误码率分析仪输出误码信号；
步骤D：在被测光通信终端入光口前安装可变光阑，可变光阑与被测光通信终端入光口同心，减小可变光阑口径对入射到被测光通信终端的光束进行遮挡；
步骤E：调整可变光阑的光阑直径，使其与被测光通信终端入光口径相同，记录这时可变光阑的光阑直径D0，即被测光通信终端的入光口径为D0；
步骤F：调整可变光阑的光阑直径，当通信探测器的输出信号经误码率分析仪分析输出误码信号时，记录这时可变光阑的光阑直径D1；
步骤G：通过公式
Figure A20091030831400051
计算出被测光通信终端中通讯探测器的视场角θs。
本发明实现了对空间光通信终端通信探测器的视场角进行精确测量，结合长焦平行光管，当小孔光阑直径测量误差＜20mm，长焦平行光管焦距＞4m时，本发明视场角测量精度可优于5mrad，适用于对视场角的精度要求较高的测量场合。
附图说明：
图1为空间光通信终端通信探测器视场角测量装置的结构示意图。图2为可变光阑5直径变化示意图。图3为空间光通信终端通信探测器视场角的测量方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种空间光通信终端通信探测器视场角测量装置，它包括具有调制功能的激光器1、小孔光阑2、光学衰减片3、长焦平行光管4、可变光阑5和误码率分析仪7，所述各元件按照光传输方向依次排列，被测光通信终端6设置在可变光阑5与误码率分析仪7之间，所述被测光通信终端6由成像透镜组6-1和通信探测器6-2组成，所述小孔光阑2放置在长焦平行光管4的焦点处，所述被测光通信终端6的系统光轴与长焦平行光管4的输出光光轴平行并且被测光通信终端6的入射光端口能够被光束覆盖，所述被测光通信终端6的信号输出端与误码率分析仪7的信号输入端相连。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于可变光阑5为圆形可变光阑。
具体实施方式三：结合图1、图2和图3说明本实施方式，空间光通信终端通信探测器视场角的测量方法，此方法的具体步骤如下：
步骤A：调制激光器1的输出光的频率、波长或强度的其中一个参数或多个参数，使误码率分析仪7能够接收到信号；
步骤B：调制后的激光器1输出光照射到小孔光阑2上，小孔光阑2的输出光经长焦平行光管4输入至被测光通信终端。计算长焦平行光管4输出光束的发散角θ；
步骤C：利用光学衰减片3对激光器1输出的光信号进行衰减，减小输入到被测光通信终端6的光强至临界状态，所述临界状态为：再增加透过率为-0.01dB的光学衰减片3时，通信探测器6-2的输出信号经误码率分析仪7分析输出误码信号，所述误码率分析仪7输出误码信号与否的情况为：当通信探测器6-2完全被光斑覆盖时，误码率分析仪7不输出误码信号，当通信探测器6-2不能完全被光斑覆盖时，误码率分析仪7输出误码信号；
步骤D：在被测光通信终端6入光口前安装可变光阑5，可变光阑5与被测光通信终端6入光口同心，减小可变光阑5口径对入射到被测光通信终端6的光束进行遮挡；
步骤E：调整可变光阑5的光阑直径，使其与被测光通信终端6入光口径相同，记录这时可变光阑5的光阑直径D0，即被测光通信终端6的入光口径为D0；
步骤F：调整可变光阑5的光阑直径，当通信探测器6-2的输出信号经误码率分析仪7分析输出误码信号时，记录这时可变光阑5的光阑直径D1；
步骤G：通过公式计算出被测光通信终端6中通讯探测器6-2的视场角θs。
当通信探测器6-2完全被光斑覆盖时，误码率分析仪7不输出误码信号，当通信探测器6-2不能完全被光斑覆盖时，误码率分析仪7输出误码信号。
本发明提出一种空间光通信终端通信探测器视场角高精度测量方法，利用激光器1照射小孔光阑2，输出光经长焦平行光管4整形后产生具有一定发散角度的测量参考光，利用可变光阑5遮挡参考光的方式，通过检测通信探测器6-2的输出信号经误码率分析仪7分析输出的误码信号，实现对空间光通信终端通信探测器的视场角进行精确测量，当小孔光阑直径测量误差＜20mm，长焦平行光管焦距＞4m时，本方法视场角测量误差＜5mrad。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同之处在于步骤B中计算长焦平行光管4输出光束的发散角θ的方法为：
设小孔光阑2的直径为D，长焦平行光管4的焦距为F，则长焦平行光管4输出光束的发散角θ为：
Figure A20091030831400062
由于被测光通信终端6的系统光轴与长焦平行光管4的输出光光轴平行，则此时以微小角度入射到被测光通信终端6的光束在通讯探测器6-2上形成一圆形光斑，所述光斑对应的角度也为θ。
其中通讯探测器6-2为APD雪崩二极管，型号为AD500-8，误码率分析仪7型号为ET622。

Claims (4)

1.空间光通信终端通信探测器视场角测量装置，其特征在于它包括具有调制功能的激光器(1)、小孔光阑(2)、光学衰减片(3)、长焦平行光管(4)、可变光阑(5)和误码率分析仪(7)，所述各元件按照光传输方向依次排列，被测光通信终端(6)设置在可变光阑(5)与误码率分析仪(7)之间，所述被测光通信终端(6)由成像透镜组(6-1)和通信探测器(6-2)组成，所述小孔光阑(2)放置在长焦平行光管(4)的焦点处，所述被测光通信终端(6)的系统光轴与长焦平行光管(4)的输出光光轴平行并且被测光通信终端(6)的入射光端口能够被光束覆盖，所述被测光通信终端(6)的信号输出端与误码率分析仪(7)的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的空间光通信终端通信探测器视场角测量装置，其特征在于可变光阑(5)为圆形可变光阑。
3.利用权利要求1所述的空间光通信终端通信探测器视场角测量装置进行测量的方法，其特征在于此方法的具体步骤如下：
步骤A：调制激光器(1)的输出光的频率、波长或强度的其中一个参数或多个参数，使误码率分析仪(7)能够接收到信号；
步骤B：调制后的激光器(1)输出光照射到小孔光阑(2)上，小孔光阑(2)的输出光经长焦平行光管(4)输入至被测光通信终端。计算长焦平行光管(4)输出光束的发散角θ；
步骤C：利用光学衰减片(3)对激光器(1)输出的光信号进行衰减，减小输入到被测光通信终端(6)的光强至临界状态，所述临界状态为：再增加透过率为-0.01dB的光学衰减片(3)时，通信探测器(6-2)的输出信号经误码率分析仪(7)分析输出误码信号，所述误码率分析仪(7)输出误码信号与否的情况为：当通信探测器(6-2)完全被光斑覆盖时，误码率分析仪(7)不输出误码信号，当通信探测器(6-2)不能完全被光斑覆盖时，误码率分析仪(7)输出误码信号；
步骤D：在被测光通信终端(6)入光口前安装可变光阑(5)，可变光阑(5)与被测光通信终端(6)入光口同心，减小可变光阑(5)口径对入射到被测光通信终端(6)的光束进行遮挡；
步骤E：调整可变光阑(5)的光阑直径，使其与被测光通信终端(6)入光口径相同，记录这时可变光阑(5)的光阑直径(D0)，即被测光通信终端(6)的入光口径为(D0)；
步骤F：调整可变光阑(5)的光阑直径，当通信探测器(6-2)的输出信号经误码率分析仪(7)分析输出误码信号时，记录这时可变光阑(5)的光阑直径(D1)；
步骤G：通过公式计算出被测光通信终端(6)中通讯探测器(62)的视场角θs。
4.根据权利要求3所述的空间光通信终端通信探测器视场角的测量方法，其特征在于计算长焦平行光管(4)输出光束的发散角θ的方法为：
设小孔光阑(2)的直径为D，长焦平行光管(4)的焦距为F，则长焦平行光管(4)输出光束的发散角θ为：
Figure A2009103083140003C2
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