CN102231645B - 一种多点激光通信用光学天线 - Google Patents

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本发明提出一种多点激光通信用光学天线，属于空间激光通信技术领域。本发明提出的一种多点激光通信用光学天线由带APT控制系统的多反射镜拼接光学天线和卡式缩束系统组成。该光学天线是通过对旋转抛物面的面型结构进行改进来构造的，能够实现在水平方向全周、俯仰方向在设计视场角内的一点对多点的激光通信。由于采用多块小平面反射镜偏转后形成的大面积平面反射镜来对接收到的激光光束进行反射，因此相比连续抛物面的光学天线，能量利用率更高；同时采用卡式缩束系统，将大口径光学天线接收到的光束直径进行压缩，减小后续系统的口径，降低加工设计难度并有利于光学系统的轻小型化。

Description

一种多点激光通信用光学天线
技术领域
本发明涉及一种多点激光通信用光学天线，属于空间激光通信技术领域。
背景技术
近几十年来，世界上许多国家投入大量资金和人力开展空间激光通信技术研究，在理论研究、仿真模拟、关键技术攻关、原理样机研制、地面演示和多个链路的在轨试验研究方面取得了多项成果。然而目前已经成功的在轨激光通信演示验证仍然是点对点的工作模式，国内外报道主要集中在针对空间激光通信组网技术的网络层理论和仿真研究，针对具体光学天线的研究很少，其中一种方法是出采用折反光学系统作为接收天线的多点接收方案(美国专利号：6445496B1)；另一种方法是采用探测器阵列与焦面耦合扩大接收视场(美国专利号：6912360B1)。这些关于激光通信组网构建具体系统的初步构想，不能应用于多颗卫星间大范围空间激光通信组网，在技术上存在瓶颈，不具备广泛的应用性和实施性。还有一篇中国专利“一种基于多元组合旋转抛物面面型结构的一点对多点激光通信装置”(专利申请号：201010199217.1)采用旋转抛物面作为光学天线，该种结构能量利用率低，接收口径大，后续光学系统加工排布等实现非常困难。
发明内容
为了在多点间激光通信中，实现多个目标的同时、高效率收发，本发明提出了一种多点激光通信用光学天线。如图1所示，其特征在于，该光学天线是由带APT控制系统的多反射镜拼接光学天线1、卡式缩束系统2组成。
多反射镜拼接光学天线1是通过对旋转抛物面的面型结构进行改进来构造的，其构造原理是基于当入射光线射向旋转抛物面的焦点时，反射光线为沿旋转抛物面的旋转轴平行的光线这一特性；具体构造方法是将连续的旋转抛物面沿着主轴方向分成M层，所述M为正整数；对i从1到M，在第i层构造环绕旋转抛物面的旋转轴的Ni个平面反射镜，每个平面反射镜都是旋转抛物面的一个切平面，所述Ni为正整数。
多反射镜拼接光学天线1、卡式缩束系统2沿着所述旋转抛物面的主轴方向依次排列。
一种多点激光通信用光学天线的工作过程如下：
从空间不同方向的入射激光光束入射到多反射镜拼接光学天线1后反射到卡式缩束系统2，由卡式缩束系统2进行口径缩束后出射，被后续激光通信系统中的探测系统接收；探测系统根据接收到的能量大小确定多反射镜拼接光学天线1中的一个接收能量最大的平面反射镜，同时确定多反射镜拼接光学天线1中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜的偏转方向，并将反射镜的偏转角度和偏转方向信息发送给多反射镜拼接光学天线1中的APT控制系统，由多反射镜拼接光学天线1中的APT控制系统来控制多反射镜拼接光学天线1中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜进行偏转，与接收能量最大的平面反射镜构成面积更大的平面反射镜，以保证接收能量的需要和稳定跟踪，这样就完成了多点激光通信接收。
根据光路可逆原理，后续激光通信系统中的发射系统根据待通信目标的方向发射激光柬，经过卡式缩束系统2后，入射到多反射镜拼接光学天线1的相应平面反射镜上，然后按照固定方向发射出去，这样就完成了多点激光通信发射。
有益效果
本发明提出的一种多点激光通信用光学天线能够实现在水平方向全周、俯仰方向在设计视场角内的一点对多点的激光通信；由于采用多块小平面反射镜偏转后形成的大面积平面反射镜来对接收到的激光光束进行反射，因此相比连续抛物面的光学天线，能量利用率更高；同时采用卡式缩束系统，将大口径光学天线接收到的光束直径进行压缩，减小后续系统的口径，降低加工设计难度并有利于光学系统的轻小型化。
附图说明
图1为当M=2且第1层N1=8、第2层N2=5时，一种多点激光通信光学系统结构和工作原理示意图。此图也是说明书摘要附图。其中，1为多反射镜拼接光学天线，2为卡式缩束系统。
具体实施方式
一种多点激光通信用光学天线。如图1所示，其特征在于，该光学天线是由带APT控制系统的多反射镜拼接光学天线1、卡式缩束系统2组成。
多反射镜拼接光学天线1是通过对旋转抛物面的面型结构进行改进来构造的，其构造原理是基于当入射光线射向旋转抛物面的焦点时，反射光线为沿旋转抛物面的旋转轴平行的光线这一特性；具体构造方法是将连续的旋转抛物面沿着主轴方向分成M层，所述M为正整数；对i从1到M，在第i层构造环绕旋转抛物面的旋转轴的Ni个平面反射镜，每个平面反射镜都是旋转抛物面的一个切平面，所述Ni为正整数。
多反射镜拼接光学天线1、卡式缩束系统2沿着所述旋转抛物面的主轴方向依次排列。
一种多点激光通信用光学天线的工作过程如下：
从空间不同方向的入射激光光束入射到多反射镜拼接光学天线1后反射到卡式缩束系统2，由卡式缩束系统2进行口径缩束后出射，被后续激光通信系统中的探测系统接收；探测系统根据接收到的能量大小确定多反射镜拼接光学天线1中的一个接收能量最大的平面反射镜，同时确定多反射镜拼接光学天线1中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜的偏转方向，并将反射镜的偏转角度和偏转方向信息发送给多反射镜拼接光学天线1中的APT控制系统，由多反射镜拼接光学天线1中的APT控制系统来控制多反射镜拼接光学天线1中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜进行偏转，与接收能量最大的平面反射镜构成面积更大的平面反射镜，以保证接收能量的需要和稳定跟踪，这样就完成了多点激光通信接收。
根据光路可逆原理，后续激光通信系统中的发射系统根据待通信目标的方向发射激光束，经过卡式缩束系统2后，入射到多反射镜拼接光学天线1的相应平面反射镜上，然后按照固定方向发射出去，这样就完成了多点激光通信发射。

Claims (1)

1.一种多点激光通信用光学天线，其特征在于，该光学天线是由带APT控制系统的多反射镜拼接光学天线(1)、卡式缩束系统(2)组成；
多反射镜拼接光学天线(1)是通过对旋转抛物面的面型结构进行改进来构造的，其构造原理是基于当入射光线射向旋转抛物面的焦点时，反射光线为沿旋转抛物面的旋转轴平行的光线这一特性；具体构造方法是将连续的旋转抛物面沿着主轴方向分成M层，所述M为正整数；对i从1到M，在第i层构造环绕旋转抛物面的旋转轴的Ni个平面反射镜，每个平面反射镜都是旋转抛物面的一个切平面，所述Ni为正整数；
多反射镜拼接光学天线(1)、卡式缩束系统(2)沿着所述旋转抛物面的主轴方向依次排列；
一种多点激光通信用光学天线的工作过程如下：
从空间不同方向的入射激光光束入射到多反射镜拼接光学天线(1)后反射到卡式缩束系统(2)，由卡式缩束系统(2)进行口径缩束后出射，被后续激光通信系统中的探测系统接收；探测系统根据接收到的能量大小确定多反射镜拼接光学天线(1)中的一个接收能量最大的平面反射镜，同时确定多反射镜拼接光学天线(1)中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜的偏转方向，并将反射镜的偏转角度和偏转方向信息发送给多反射镜拼接光学天线(1)中的APT控制系统，由多反射镜拼接光学天线(1)中的APT控制系统来控制多反射镜拼接光学天线(1)中的接收能量最大的平面反射镜周围的平面反射镜进行偏转，与接收能量最大的平面反射镜构成面积更大的平面反射镜，以保证接收能量的需要和稳定跟踪，这样就完成了多点激光通信接收；
根据光路可逆原理，后续激光通信系统中的发射系统根据待通信目标的方向发射激光柬，经过卡式缩束系统(2)后，入射到多反射镜拼接光学天线(1)的相应平面反射镜上，然后按照固定方向发射出去，这样就完成了多点激光通信发射。
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