CN102158276B - 卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置及方法，属于航空应用领域，本发明为解决现有采用空间光聚焦的方式进行整星光信号性能测试时，存在测试装置体积大，无法实现随动控制的问题。本发明将随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部，随动前端测试部分的支架固定在光学天线出光端口处，微型手动旋转台的底座固定在支架上，微型手动旋转台上固定设置有微型角位移台，微型角位移台的转台面上固定设置有光纤准直器，所述光纤准直器的入光口对准光学天线内的光学信号传播方向；信号处理部分由传输光纤连接，其两端分别连接光纤准直器和光电探头，光电探头分别连接功率计和光谱仪，功率计和光谱仪输出的信号进入计算机。
Description
技术领域
本发明涉及卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置及方法，属于航空应用领域。
背景技术
随着卫星光通信终端研制工作的完成，终端将要与星上其他设备进入整星测试阶段。整星测试中需要测试终端的性能和运行的稳定性。对于卫星光通信终端而言，判断其性能和稳定性好坏的主要依据就是终端发射的光信号的各种指标如光强、波长等是否满足标准且稳定。
如图1所示，终端在地面测试时，其基底位置和姿态是固定的，并且在测试光学性能时，终端的二维转台必须处于固定状态，使终端发射的光信号的指向稳定。在测试端，用底座可固定的光学透镜1聚焦终端发射出来的光信号，聚焦在光电探头2上，光电探头2将光信号转换成电信号发送给功率计3和光谱仪4，当光学透镜1和光电探头2能够正常检测到聚焦后光信号后，光电探头2的位置也需要固定(光电探头2的安装位置与光学透镜1的焦距等参数有关)。光电探头2和功率计3、光谱仪4之间有专用的线缆进行连接，线缆的长度不超过1m。即，在用地面测试系统测试终端的发射光信号时，终端与测试系统都要保持固定的位置和姿态，才能保证终端发射的光信号准确的被地面测试系统接收到。并且，测试系统中各个仪器设备之间的相对位置有严格的限制因素，不能灵活变化。
然而，与地面测试不同的是，整星测试中终端需要安装在卫星上的固定位置，而且在测试过程中终端的二维转台需要随着卫星发送的轨道姿态信息进行转动。地面测试系统中的光学透镜1和光电探头2的位置很难随着光信号指向的改变而改变位置，甚至有些位置是受到测试场地的制约而无法达到的，同时，由于光电探头2与功率计3或光谱仪4之间的线缆很短，整套设备更加不能随着终端的转动而任意变动位置。此时地面光信号检测系统就很难完成对终端工作的全过程的测试。
现有的技术采用空间光聚焦的方式将光信号传输至测试装置，由于测试装置体积大(一般在10kg以上)，无法随光学天线转动，不能记录终端运行全过程中光信号性能变化；测试设备很难进行远程控制，无法进行热真空、电磁辐射等测试；测试设备高度、位置姿态等调节范围较小，在整星附近测试困难。
发明内容
本发明目的是为了解决现有采用空间光聚焦的方式进行整星光信号性能测试时，存在测试装置体积大，无法实现随动控制的问题，提供了一种卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置及方法。
本发明所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，它包括随动前端测试部分和信号接收处理部分，随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部，随动前端测试部分包括支架、微型手动旋转台、微型角位移台和光纤准直器，支架固定在光学天线出光端口处，微型手动旋转台的底座固定在支架上，微型手动旋转台的转台面上固定设置有微型角位移台，微型角位移台的转台面上固定设置有光纤准直器，所述光纤准直器的入光口对准光学天线内的光学信号传播方向；
信号接收处理部分包括光电探头、功率计、光谱仪、计算机和传输光纤，传输光纤的两端分别连接光纤准直器的光信号输出端和光电探头的光信号输入端，光电探头的电信号输出端与功率计的输入端相连，功率计的输出端与计算机的输入端相连，光电探头的电信号输出端同时与光谱仪的输入端相连，光谱仪的输出端与计算机的输入端相连。
基于上述卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置的测试方法，它包括以下步骤：
步骤一、将随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部；
步骤二、利用微型角位移台调整光纤准直器的角度，利用微型手动旋转台调整光纤准直器在支架上的相对位置，使得光纤准直器的入光口对准光学天线内的光学信号的传播方向，且避免对准光学天线的无光区；
步骤三、同时，在计算机上观测功率计的输出曲线和光谱仪的输出曲线，当光功率输出值达到最大值，锁紧微型手动旋转台和微型角位移台的调整角，固定光纤准直器的位置；
步骤四、将该卫星光通信终端及测试装置放置于卫星上工作，卫星光通信终端随着卫星轨道和姿态变化作二维转动，随动前端测试部分随着卫星光通信终端转动，计算机获取的相关测试信息反馈回地面控制台，完成卫星光通信终端发射光信号性能的测试。
本发明的优点：本发明的随动前端测试部分不足200g的重量，具有体积小、重量轻、便于远程测量等优点，可以轻松的装在卫星光通信终端上，随着光学天线作二维转动，可以在动态情况下测试发射光信号性能，实现随动测量，提高测试的完整性。本发明装置通过光纤耦合的方式将终端发射光信号传输至功率、波长测试仪器，可随光学天线进行二维转动，克服了现有技术存在的问题。本发明可以在终端装星后实现各个工作模式下的发射光信号性能测试，在地面充分验证卫星光通信终端的性能，提高在轨试验成功概率。可以应用于卫星光通信终端系统测试、整星测试、环境试验专检测试、发射场测试等。
附图说明
图1是背景技术中进行光信号性能测试的装置结构示意图；
图2是本发明测试装置装在卫星光通信终端的结构示意图；
图3是本发明的随动前端测试部分的结构示意图；
图4是随动前端测试部分的局部放大图；
图5是本发明卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，它包括随动前端测试部分和信号接收处理部分，随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部，随动前端测试部分包括支架1、微型手动旋转台2、微型角位移台3和光纤准直器4，支架1固定在光学天线出光端口处，微型手动旋转台2的底座固定在支架1上，微型手动旋转台2的转台面上固定设置有微型角位移台3，微型角位移台3的转台面上固定设置有光纤准直器4，所述光纤准直器4的入光口对准光学天线内的光学信号传播方向；
信号接收处理部分包括光电探头5、功率计6、光谱仪7、计算机8和传输光纤9，传输光纤9的两端分别连接光纤准直器4的光信号输出端和光电探头5的光信号输入端，光电探头5的电信号输出端与功率计6的输入端相连，功率计6的输出端与计算机8的输入端相连，光电探头5的电信号输出端同时与光谱仪7的输入端相连，光谱仪7的输出端与计算机8的输入端相连。
支架1为星形结构，且与光学天线内通过的光学信号方向垂直，支架1采用硬质铝合金材质。
微型手动旋转台2选用北京北光世纪仪器有限公司的PRS201型手动旋转台。台面直径25mm，微分头驱动，分辨率0.007°，粗调范围360°，精调范围±10°，最小读数2′，最小刻度2.5°，负载2kg，自重35g。
微型角位移台3选用北京北光世纪仪器有限公司的TG102型精密角位移台。台面尺寸25×25mm，角度调整范围±15°，最小读数0.1°，最小刻度1°，中心高32.5mm，负载2kg，自重35g。
光纤准直器4选用上海丰天信息技术有限公司的PCM-08-830-MM-3-4-FC/PC型光纤准直器。产品外径8mm，光斑直径4mm。
功率计6选用日本横河公司AQ2200型光功率计。
光谱仪7选用日本横河公司AQ6317型光谱仪。
传输光纤9选用上海丰天信息技术有限公司的PFCM-01-830-MM-3-50-300-FC/PC型光纤。外径3.2mm，光斑直径300um，光纤长度50m。
我们采用卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置来替代地面测试系统的工作。随动测试装置中，使光纤准直器4固定在终端的发射口处，只需在开始工作时调整好光纤准直器4的位置，使传输光纤9输出满足条件即可固定光纤准直器4的调整装置，使之可以与终端随动。传输光纤9的长度可以达到几十米甚至数百米，这样就使得功率计6和光谱仪7的位置变得更加灵活。
现有的技术采用空间光聚焦的方式将光信号传输至测试仪器，体积大，重量在10kg以上，无法实现随动控制。为此，本发明提出了一种卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，采用光纤耦合的方式进行终端发射光信号传输。随动测试装置中的前端部分重量可以在200g以下，可以直接安装在卫星光通信终端光学天线上，在测试中随光学天线转动，可以在动态情况下测试发射光信号性能。
具体实施方式二：下面结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式基于实施方式一所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置的测试方法，它包括以下步骤：
步骤一、将随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部；
步骤二、利用微型角位移台3调整光纤准直器4的角度，利用微型手动旋转台2调整光纤准直器4在支架1上的相对位置，使得光纤准直器4的入光口对准光学天线内的光学信号的传播方向，且避免对准光学天线的无光区；
步骤三、同时，在计算机8上观测功率计6的输出曲线和光谱仪7的输出曲线，当光功率输出值达到最大值，锁紧微型手动旋转台2和微型角位移台3的调整角，固定光纤准直器4的位置；
步骤四、将该卫星光通信终端及测试装置放置于卫星上工作，卫星光通信终端随着卫星轨道和姿态变化作二维转动，随动前端测试部分随着卫星光通信终端转动，计算机8获取的相关测试信息反馈回地面控制台，完成卫星光通信终端发射光信号性能的测试。
终端装星之后，将光纤准直器4、微型角位移台3、微型手动旋转台2、支架1固定在卫星光通信终端光信号输出端的相应位置。由于终端光信号输出端内部的次镜遮挡，使输出端的中心有一个无光区域，安装时要使光纤准直器4的入光口避免对准无光区域。同时为了实现最大光功率接收，光纤准直器4的入光口要正对卫星光通信终端出光方向。
微型角位移台3、微型手动旋转台2用于调整光纤准直器4的位置和角度，以实现最大光功率接收。支架1用于将整个随动测试装置前端部分固定在卫星光通信终端光学天线上。在实现最大光功率接收之后，随动测试装置就具备了卫星光通信终端发射光信号性能随动测试的条件，可以对卫星光通信终端在各个工作模式下光信号性能进行测试。测试时将地面端的光纤输出接到功率计6或光谱仪7的输入端，由上位机8进行检测，采集有效数据。
由于采用光纤方式代替空间光聚焦的方式进行光信号的传输，可实现几十至数百米的远程测试。例如在测试大厅或其他大规模测试场地中，可将功率计6、光谱仪7和计算机8等测试仪器放置到距离整星较远，干扰较小，易于操作的远程检测区域。
在终端随着卫星轨道和姿态变化作二维转动时，由于支架1的作用，使得随动测试装置的前端部分与光信号输出端的相对位置和角度保持不变。由于测试装置前端部分与终端的输出光信号已经达到了最大的耦合效果，操作者只需要在地面的计算机8上记录功率计6和光谱仪7的输出信号。就可以对终端在各个工作模式下的发射光信号性能进行完整的测试。
Claims (9)
1.卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：它包括随动前端测试部分和信号接收处理部分，随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部，随动前端测试部分包括支架（1）、微型手动旋转台（2）、微型角位移台（3）和光纤准直器（4），支架（1）为星形结构，且与光学天线内通过的光学信号方向垂直，支架（1）固定在光学天线出光端口处，微型手动旋转台（2）的底座固定在支架（1）上，微型手动旋转台（2）的转台面上固定设置有微型角位移台（3），微型角位移台（3）的转台面上固定设置有光纤准直器（4），所述光纤准直器（4）的入光口对准光学天线内的光学信号传播方向；
信号接收处理部分包括光电探头（5）、功率计（6）、光谱仪（7）、计算机（8）和传输光纤（9），传输光纤（9）的两端分别连接光纤准直器（4）的光信号输出端和光电探头（5）的光信号输入端，光电探头（5）的电信号输出端与功率计（6）的输入端相连，功率计（6）的输出端与计算机（8）的输入端相连，光电探头（5）的电信号输出端同时与光谱仪（7）的输入端相连，光谱仪（7）的输出端与计算机（8）的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：支架（1）采用硬质铝合金材质。
3.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：微型手动旋转台（2）选用北京北光世纪仪器有限公司的PRS201型手动旋转台。
4.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：微型角位移台（3）选用北京北光世纪仪器有限公司的TG102型精密角位移台。
5.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：光纤准直器（4）选用上海丰天信息技术有限公司的PCM-08-830-MM-3-4-FC/PC型光纤准直器。
6.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：功率计（6）选用日本横河公司AQ2200型光功率计。
7.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：光谱仪（7）选用日本横河公司AQ6317型光谱仪。
8.根据权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置，其特征在于：传输光纤（9）选用上海丰天信息技术有限公司的PFCM-01-830-MM-3-50-300-FC/PC型光纤。
9.基于权利要求1所述的卫星光通信终端发射光信号性能随动测试装置的测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、将随动前端测试部分设置在卫星光通信终端的光学天线出光端口内部；
步骤二、利用微型角位移台（3）调整光纤准直器（4）的角度，利用微型手动旋转台（2）调整光纤准直器（4）在支架（1）上的相对位置，使得光纤准直器（4）的入光口对准光学天线内的光学信号的传播方向，且避免对准光学天线的无光区；
步骤三、同时，在计算机（8）上观测功率计（6）的输出曲线和光谱仪（7）的输出曲线，当光功率输出值达到最大值，锁紧微型手动旋转台（2）和微型角位移台（3）的调整角，固定光纤准直器（4）的位置；
步骤四、将该卫星光通信终端及测试装置放置于卫星上工作，卫星光通信终端随着卫星轨道和姿态变化作二维转动，随动前端测试部分随着卫星光通信终端转动，计算机（8）获取的相关测试信息反馈回地面控制台，完成卫星光通信终端发射光信号性能的测试。
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