CN106209221B - 一种光斑质心提取精度的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光斑质心提取精度的测量装置及方法。该装置采用位移高频调制的方法，由激光器、压电陶瓷驱动器驱动的快速反射镜、平行光管等模拟产生远距离的高频率小幅度的光源位移，而光源位移幅值和频率是事先设置好的，再由光斑质心提取系统对其探测，探测所得的数据由工作计算机进行处理即可获得待测光斑质心的提取精度。本发明能有效地抑制测量平台的抖动对光斑质心提取精度测量的干扰，且简便易行。

Description

一种光斑质心提取精度的测量装置及测量方法

技术领域：

本发明涉及高精度的系统精度测量，具体涉及一种光斑质心提取精度的测量，可用于空间激光通信的捕获、跟踪和瞄准系统中跟瞄精度的测试以及相应系统的集成和装调。

背景技术：

卫星激光通信的核心技术是捕获、跟踪和瞄准技术，而微弧度量级的跟瞄技术为其中的难点。一套卫星激光通信端机研制成功以后，在正式发射之前要对其性能进行测试和评估，其中端机的信标光斑质心提取精度是重要的指标。然而存在以下问题导致难以测量其信标光斑质心提取的精度：

1.一般的卫星端机的信标光斑质心提取精度要达到亚微弧度水平，根据测试的原则，质心提取精度的测试装置的精度要达到1urad以内，这给测试装置提出了很高的要求。

2.实验室内的测试平台本身存在十几乃至几十urad量级的不规则振动，对于要测量亚微弧度量级的光斑质心提取精度，此不规则振动会给测量系统的引入极大的误差。

发明内容：

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明采用了位移高频调制的方法，由激光器、压电陶瓷驱动器驱动的快速反射镜、平行光管等模拟产生远距离的高频率小幅度的光源位移，而光源位移幅值和频率是事先设置好的，再由光斑质心提取系统对其探测，探测所得的数据由工作计算机进行处理即可获得待测光斑质心的提取精度。

本发明一种高精度的光斑质心提取精度的测量装置包括：平行光管1，压电陶瓷驱动器2，反射镜3，激光器4以及工作计算机5。

所述的测量装置放置在稳定平台上，并与稳定平台刚性连接；所述的平行光管1光轴与待测系统光轴等高且处于同一直线上；所述的激光器4发出的光经压电陶瓷驱动器2驱动的反射镜3反射进入平行光管1，由平行光管1模拟出平行光束，待测系统接收平行光，将其在系统中形成光斑质心信息后传输给工作计算机5，压电陶瓷驱动器2的驱动生成的反射镜3的摆动信息同时传输给工作计算机5，最后由工作计算机5进行数据处理得出待测系统的光斑质心提取精度。

光斑质心提取精度的测量方法的测量步骤如下：

1)精确高频位移的生成：使用压电陶瓷驱动器2驱动反射镜3生成频率为X的高频摆动角θ，激光器4光发射端离反射镜3距离为L，可生成精确的频率为X的高频线位移2θL；

2)测量系统的数据处理：在工作计算机5中，压电陶瓷驱动器2驱动的反射镜3生成的模拟光源的位移与时间的关系数据，与待测系统对此位移的探测所得的位移与时间的关系数据进行对比，并对所得的差值进行评估，得到待测系统的灵敏度和精度。

本发明有如下有益效果：

1.压电陶瓷驱动器高频特性好，执行精度高，使用压电陶瓷驱动器驱动的发射镜作为精确um量级位移的生成源，可生成高精度、高频率的反射镜摆动，复合测试系统精度需求。

2.高频的精确的微量级位移与测试平台的低频不规则扰动在频域上区分开来，能够有效地减小测试平台的不规则扰动对测试精度的影响。

3.系统集成性较高，具有高性能，高可靠性的优点。

附图说明：

图1是光斑质心提取精度的测试系统原理图。图中：1.平行光管；2.压电陶瓷驱动器；3.反射镜；4.激光器；5.工作计算机。

图2是压电陶瓷驱动器作为驱动源，结合激光器和反射镜，生成高频的精确位移信息。

图3是压电陶瓷驱动器驱动反射镜的摆动曲线。

图4是系统模拟生成的高频的微位移。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明一种高精度的光斑质心提取精度的测量方法的装置如附图1所示，使用压电陶瓷驱动器驱动反射镜生成高频的摆动，如附图2所示，压电陶瓷驱动器选用PI公司生产的S220.8SL系列，其机械偏角范围为±5mrad,执行分辨率在1urad以下。激光器发射的光束经过2cm的光程后到达反射镜，反射镜的摆动信息如图3所示，频率为100Hz，摆动最大角度为25urad，模拟产生了光源的线位移如图4所示，线位移大小为1um，频100Hz，经过17m的平行光管后，模拟产生0.058urad的100Hz光源角振动，如图1所示，由与平行光管中心轴线重合的待测系统进行探测，所探测的光斑质心信息同模拟出的光源的微位移信息传入工作计算机进行数据处理，从而得出静态条件下待测系统的光斑质心提取精度。

Claims (2)

1.一种光斑质心提取精度的测量装置，包括：平行光管(1)，压电陶瓷驱动器(2)，反射镜(3)，激光器(4)以及工作计算机(5)其特征在于：

所述的测量装置放置在稳定平台上，并与稳定平台刚性连接；所述的平行光管(1)光轴与待测系统光轴等高且处于同一直线上；所述的激光器(4)发出的光经压电陶瓷驱动器(2)驱动的反射镜(3)反射进入平行光管(1)，由平行光管(1)模拟出平行光束，待测系统接收平行光，将其在系统中形成光斑质心信息后传输给工作计算机(5)，并将压电陶瓷驱动器(2)驱动的反射镜(3)生成的摆动信息同时传输给工作计算机(5)，最后由工作计算机(5)对光斑质心信息和反射镜(3)的摆动信息的差值进行数据处理得出待测系统的光斑质心提取精度。

2.一种基于权利要求1所述光斑质心提取精度的测量装置的光斑质心提取精度的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)精确高频位移的生成：使用压电陶瓷驱动器(2)驱动反射镜(3)生成频率为X的高频摆动角θ，激光器(4)光发射端离反射镜(3)距离为L，可生成精确的频率为X的高频线位移2θL；

2)测量系统的数据处理：在工作计算机(5)中，压电陶瓷驱动器(2)驱动的反射镜(3)生成的模拟光源的位移与时间的关系数据，与待测系统对此位移的探测所得的位移与时间的关系数据进行对比，并对所得的差值进行评估，得到待测系统的灵敏度和精度。