CN102707732B - 一种光通信的精跟踪控制系统 - Google Patents

一种光通信的精跟踪控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102707732B
CN102707732B CN201210165639.6A CN201210165639A CN102707732B CN 102707732 B CN102707732 B CN 102707732B CN 201210165639 A CN201210165639 A CN 201210165639A CN 102707732 B CN102707732 B CN 102707732B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
target
spectroscope
tracking
beacon beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210165639.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102707732A (zh
Inventor
唐涛
赵华
吴琼燕
黄永梅
包启亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201210165639.6A priority Critical patent/CN102707732B/zh
Publication of CN102707732A publication Critical patent/CN102707732A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102707732B publication Critical patent/CN102707732B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开一种光通信的精跟踪控制系统，包括图像探测器、扩束镜、位置传感器、分光镜、跟踪镜、瞄准镜和激光器，跟踪镜接收目标光，在目标光的光束线上依次放置跟踪镜、分光镜和图像探测器；激光器输出信标光，在信标光的光束线上依次放置瞄准镜、分光镜、扩束镜；且以及在信标光的光线束上依次放置瞄准镜、分光镜以及跟踪镜；主要用于光通信的高精度稳定控制。其本质就是利用瞄准镜修正目标光的位置与信标光的光轴位置之差并使差为零。具体的实现如下，跟踪镜利用图像探测器提供目标光的位置进行闭环。位置传感器提供光轴的位置，瞄准镜闭环目的就是使所述的差逼近为零。

Description

一种光通信的精跟踪控制系统
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光通信的精跟踪控制系统，可用于高精度的跟踪与瞄准。
背景技术
现有的精跟踪控制系统如示意图1，包括分光镜Ma、跟踪镜Mb、反射镜Mc、CCD探测系统。该方法非常简单，在现有的精跟踪控制系统中已经成功运用。该系统不足在于：在振动环境下，信标光与目标光的同轴性难于实时的调整；其次，对振动的克服完全依赖跟踪镜的闭环性能。中国专利(201110063544.9)介绍了基于内部惯性参考光源的瞄准系统，可以实现稳定跟踪。但是系统复杂，需要更多的惯性传感器稳定参考光源。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光通信的精跟踪控制系统，用以解决光通信信标光的高精度瞄准。
本发明提供一种光通信的精跟踪控制系统的技术方案包括：图像探测器、扩束镜、位置传感器、分光镜、跟踪镜、瞄准镜和激光器，跟踪镜接收目标光，在目标光的光束线上依次放置跟踪镜、分光镜和图像探测器；激光器输出信标光，在信标光的光束线上依次放置瞄准镜、分光镜、扩束镜；且以及在信标光的光线束上依次放置瞄准镜、分光镜以及跟踪镜；其中：分光镜，接收目标光的反射光和信标光的反射光，目标光的反射光和信标光的反射光，用于将目标光的反射光生成目标光的透射光，用于将信标光的反射光生成信标的透射光，还获得信标光的反射光的分光光束；图像探测器，用于接收目标光的透射光，并将目标光的透射光生成目标光的位置偏差；扩束镜，用于对信标光的透射光进行扩束，生成信标光的扩束光；位置传感器，用于提供信标光的光轴的位置；跟踪镜，用于将目标光稳定在图像传感器视场内；瞄准镜，用于消除目标光和信标光之间位置偏差。
本发明的优点有：(1)可以实现大角度的跟踪与瞄准，非常适合瞄准点偏离跟踪点很远的目标；(2)可以很好地保证信标光与目标光的同轴性，尤其是在振动环境下能够实现光路的动态标定；(3)瞄准镜跟随了跟踪镜的偏差，进一步提高对抖动的抑制能力。
附图说明
图1：是现有的精跟踪系统图；
图2：是本发明改进的精跟踪系统结构示意图；
图3：是实现本发明中跟踪镜与瞄准镜控制结构图；
图4：是本发明抖动抑制频率响应；
图中，符号的定义如下
CCD：图像探测器(提供目标在CCD中的位置)
PSD：位置传感器(检测信标光的光轴)
M1：扩束镜
M2：分光镜(分离信标和目标光)
M3：跟踪镜(对目标稳定跟踪)
M4：瞄准镜(将信标光偏置到指定的目标位置)
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2所示，是一种光通信的精跟踪控制系统，用于校正粗跟踪的残差，进一步提高跟踪与瞄准精度，由扩束镜M1、分光镜M2、跟踪镜M3、图像探测器CCD、瞄准镜M4、位置传感器PSD和激光器组成，跟踪镜M3接收目标光，在目标光的光束线上依次放置跟踪镜M3、分光镜M2和图像探测器CCD；激光器输出信标光，在信标光的光束线上依次放置瞄准镜M4、分光镜M2、扩束镜M1；且以及在信标光的光线束上依次放置瞄准镜M4、分光镜M2以及跟踪镜M3；其中：分光镜M2，接收目标光的反射光和信标光的反射光，目标光的反射光和信标光的反射光，用于将目标光的反射光生成目标光的透射光，用于将信标光的反射光生成信标的透射光，还获得信标光的反射光的分光光束；图像探测器CCD，用于接收目标光的透射光，并将目标光的透射光生成目标光的位置偏差；扩束镜M1，用于对信标光的透射光进行扩束，生成信标光的扩束光；位置传感器PSD，用于提供信标光的光轴的位置；跟踪镜M3，用于将目标光稳定在图像传感器视场内；瞄准镜M4，用于消除目标光和信标光之间位置偏差。
本发明的系统中所有的部件都安装于同一光学平台上，其位置关系描述如下：瞄准镜M4、分光镜M2相互平行并且与水平线成45°夹角。跟踪镜M3与水平线成45°夹角，但与瞄准镜M4成垂直关系。图像探测器CCD放在分光镜M2与跟踪镜M3中心的连线上，并且图像探测器CCD的靶面中心与连线中心重合。同样的道理，扩束镜M1、位置传感器PSD放在分光镜M2与瞄准镜M4中心的连线上。
分光镜M2用于将目标光和信标光分开，实现信标光高反射，目标光高透过。同时，信标光透过分光镜M2到达扩束镜M1，然后入射到位置传感器PSD。跟踪镜M3、瞄准镜M4是音圈电机(或者压电陶瓷)驱动的二维快速倾斜镜，可以实现X-Y方向定位，精度为μrad级。如果信标光波长不在位置传感器PSD探测频率之内，可以将位置传感器PSD换成具有探测范围更宽的图像探测器CCD。
瞄准控制方法的步骤如下：跟踪镜M3利用图像探测器CCD提供目标的位置Cen1进行闭环，将目标稳定在图像探测器CCD视场中。位置传感器PSD提供信标光的光轴位置Cen2，瞄准镜M4的闭环输入是光轴位置Cen2与目标位置Cen1之间的偏差，这样就可以将信标光轴与目标探测光轴重合，使得信标光能够稳定信标到目标上。
图3是实现是本发明图2中瞄准镜与跟踪镜控制结构图，由含有跟踪镜M3构成的跟踪控制回路以及瞄准镜M4构成的瞄准控制回路。
跟踪控制回路包含有跟踪控制器、图像探测器CCD、跟踪镜M3。
瞄准控制回路包含有瞄准控制器、位置传感器PSD、瞄准镜M4。
图像探测器CCD提供了目标光的位置偏差信号Cen1(输入与输出信号之差)，输入至跟踪控制器C1，其输出信号驱动跟踪镜，实现对跟踪镜的闭环校正。位置传感器PSD提供光轴的位置偏差信号Cen2，将Cen1与Cen2之差输入至瞄准控制器C2，其输出信号驱动瞄准镜，实现对跟踪镜M3的闭环校正。这样就实现信标光的光轴和目标光的光轴同轴。
跟踪控制原理：
由图3可以得到本发明的精跟踪系统对目标抖动的控制效果是，
Y D = 1 ( 1 + G ccd G 3 C 1 ) ( 1 + G ccd G 4 C 2 ) - - - ( 1 )
式中：Gccd为传递函数特性，C1为跟踪控制器，C2为瞄准控制器，G3为跟踪镜传递函数特性，G4为瞄准镜传递函数特性，Y为目标的抖动、D为目标输入。
很显然，传统的精跟踪系统对目标抖动的控制效果，
Y D = 1 ( 1 + G ccd G 3 C 1 ) - - - ( 2 )
比较(1)和(2)可以知道，改进后的对抖动效果显然提高了一个级别。
采用上面的要求和设计步骤，对一个实际的精跟踪控制系统，假设图像探测器CCD的采样频率为2000Hz，其特性为Gccd＝e-0.0075s，跟踪镜M3与瞄准镜M4是压电陶瓷驱动的快速倾斜镜子，具有近1KHz的闭环带宽，于是它们的特性可以看成G3≈1，G4≈1，跟踪控制器C1和瞄准控制器控制器C2表示为C1＝C2＝104.72/s。将这些传递特性带入公式(1)、公式(2)就可以得到图4的频率域分析结果。
图4中的实线是公式(2)频率域计算结果，虚线是公式(1)频率域计算结果。可以看到从0.1Hz-12Hz公式(1)所描述幅值要小的多。也就是说本发明的控制系统对抖动的抑制明显优于传统的控制系统。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (2)

1.一种光通信的精跟踪控制系统，其特征在于：包括图像探测器、扩束镜、位置传感器、分光镜、跟踪镜、瞄准镜和激光器；
跟踪镜接收目标光，在目标光的光束线上依次放置跟踪镜、分光镜和图像探测器；
激光器输出信标光，在信标光的光束线上依次放置瞄准镜、分光镜、扩束镜且以及在信标光的光线束上依次放置瞄准镜、分光镜以及跟踪镜；其中：
分光镜，接收目标光的反射光和信标光的反射光，目标光的反射光和信标光的反射光，用于将目标光的反射光生成目标光的透射光，用于将信标光的反射光生成信标的透射光，还获得信标光的反射光的分光光束；分光镜用于将目标光和信标光分开，实现信标光高反射，目标光高透过；
图像探测器，用于接收目标光的透射光，并将目标光的透射光生成目标光的位置偏差；
扩束镜，用于对信标光的透射光进行扩束，生成信标光的扩束光；
位置传感器，用于提供信标光的光轴的位置；
跟踪镜，用于将目标光稳定在图像传感器视场内；
瞄准镜，用于消除目标光和信标光之间位置偏差；
瞄准镜、分光镜相互平行并且与水平线成45°夹角，跟踪镜与水平线成45°夹角，但与瞄准镜成垂直关系；图像探测器放在分光镜与跟踪镜中心的连线上，并且图像探测器的靶面中心与连线中心重合；扩束镜、位置传感器放在分光镜与瞄准镜中心的连线上。
2.如权利要求1所述的光通信的精跟踪控制系统的控制方法，其特征在于：利用瞄准镜修正目标光的位置偏差与信标光的光轴位置偏差之差并使其为零，具体的实现如下，图像探测器提供目标光的位置偏差，输入至跟踪镜，实现跟踪镜的闭环校正；位置传感器提供信标光的光轴位置偏差，将目标光的位置偏差与信标光的光轴位置偏差之间的偏差输入至瞄准镜，实现瞄准镜的闭环校正，这样就实现信标光的光轴和目标光的光轴同轴。
CN201210165639.6A 2012-05-25 2012-05-25 一种光通信的精跟踪控制系统 Active CN102707732B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210165639.6A CN102707732B (zh) 2012-05-25 2012-05-25 一种光通信的精跟踪控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210165639.6A CN102707732B (zh) 2012-05-25 2012-05-25 一种光通信的精跟踪控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102707732A CN102707732A (zh) 2012-10-03
CN102707732B true CN102707732B (zh) 2014-03-26

Family

ID=46900621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210165639.6A Active CN102707732B (zh) 2012-05-25 2012-05-25 一种光通信的精跟踪控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102707732B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297915A (zh) * 2014-10-15 2015-01-21 沈阳理工大学 一种激光导星发射系统
CN104393932B (zh) * 2014-11-20 2017-02-01 中国科学院光电技术研究所 一种量子通信地面站望远镜光轴实时修正方法
CN107272664B (zh) * 2017-07-31 2019-07-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适用于光电跟踪系统的精跟踪控制算法验证系统及方法
CN107543682A (zh) * 2017-09-08 2018-01-05 中国科学院上海技术物理研究所 一种主动抑制测试光路抖动的装置及方法
CN110470220B (zh) * 2019-08-22 2021-07-09 普聚智能系统（苏州）有限公司 一种飞行光路中同轴视觉偏差的数值矫正方法
CN110927920B (zh) * 2019-12-20 2022-04-19 中国科学院光电技术研究所 一种基于光栅尺的快速倾斜镜位置速率控制装置及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH087622B2 (ja) * 1990-10-19 1996-01-29 工業技術院長 光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置
US6738679B2 (en) * 2000-05-08 2004-05-18 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Positional control system and positional control method
CN102207614A (zh) * 2011-03-16 2011-10-05 中国科学院上海技术物理研究所 一种深空光通信跟踪瞄准系统及方法
CN102368162B (zh) * 2011-10-26 2013-04-03 中国科学院光电技术研究所 一种大角度的快速反射镜跟踪系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN102707732A (zh) 2012-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102707732B (zh) 一种光通信的精跟踪控制系统
EP3196593B1 (en) Stabilized observation with lrf function
CN101645741B (zh) 量子通信系统跟踪相机视轴现场自校准方法
CN108919841B (zh) 一种光电跟踪系统的复合轴控制方法及系统
CN102207614A (zh) 一种深空光通信跟踪瞄准系统及方法
CN106597393B (zh) 一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法
US5155327A (en) Laser pointing system
CN105424005A (zh) 具有用于校准要按照距离相关的方式设置的聚焦光学单元位置的功能的测量装置
CN1825786A (zh) 基于ccd的复合式反馈控制振动补偿系统
CN110133626A (zh) 一种激光测距系统收发光轴平行性检校方法及系统
CN107765279A (zh) 一种融合惯性、卫星的车载定位定向瞄准系统及瞄准方法
CN103322856A (zh) 一种基于偏振光/mimu的射击定姿与微动测量系统
CN104811244B (zh) 基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合系统
RU2005130878A (ru) Способ формирования сигналов стабилизации и самонаведения подвижного носителя и бортовая система самонаведения для его осуществления
CN107102315A (zh) 一种激光测距仪校准方法
CN202059416U (zh) 一种深空光通信跟踪瞄准系统
CN104393932B (zh) 一种量子通信地面站望远镜光轴实时修正方法
CN107677266B (zh) 基于自旋-仰角跟踪理论的星光导航系统及其解算方法
CN105758342A (zh) 简易型火炮身管内膛直线度检测设备
CN100517155C (zh) 基于加速度计的复合式反馈控制振动补偿系统
CN104457760A (zh) 高分辨率光栅型光谱导航仪设计系统及其设计方法
CN108663817B (zh) 能够改变光束的传播方向的光学装置和包括该装置的系统
CN114142926B (zh) 一种超远深空激光通信捕获跟踪系统
CN102494665B (zh) 基于激光通信测量经纬仪设备扭转角的方法
CN111505768A (zh) 一种移动单模光纤跟瞄方法以及移动单模光纤跟瞄装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant