CN113300767A - 一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法 - Google Patents

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CN113300767A CN202110449045.7A CN202110449045A CN113300767A CN 113300767 A CN113300767 A CN 113300767A CN 202110449045 A CN202110449045 A CN 202110449045A CN 113300767 A CN113300767 A CN 113300767A
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Abstract

本发明公开的一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，建立球坐标系坐标
Figure DDA0003037930100000011
将反射镜面看作是在一个球形坐标系内的旋转；步骤2，建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间对应关系，利用电机控制进行反射镜的角度的旋转；根据二维旋转反射镜模块在接收端的控制回路，建立对应的光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间的关系；步骤3，按照步骤1方法进行寻优，通过步骤2中反射镜上光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系进行控制驱动，完成利用反射镜的快速搜索，提高无线激光通信系统的链路建立速度。该方法能够进行反射镜在小角度内的偏转，就可以实现激光束能到达接收端视场内，提高通信链路的建立速度。

Description

一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法
技术领域
本发明属于无线激光通信技术领域，具体涉及一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法。
背景技术
无线激光通信是点对点的通信，光束发散角很小，需要精确对准后才能实现通信。建立激光光束的捕获、对准和跟踪系统可以保证链路的长时间稳定、有效，而通信链路的快速建立是进行无线激光通信的前提。
如今在无线激光通信系统中，将反射镜模块架设在无人机作为中继的研究已经相继开展。当激光从发送端出射，先到达反射镜面上，然后由于反射镜的反射作用使激光的传输方向发生改变，从反射镜面向接收端进行传输。对于基于反射镜的无线激光通信系统，其通信链路的建立速度很大程度都依赖于反射镜的搜索方法。反射镜从初始姿态调整到目标姿态，实现小角度内的偏转，使光束到达接收端，而在实际中，接收端捕获到发端发出的光束仍需要较长时间，通信链路的快速建立问题亟待解决。因此，如何利用反射镜进行快速搜索已经成为无线激光通信的研究领域之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，能够进行反射镜在小角度内的偏转，就可以实现激光束能到达接收端视场内，减少不必要的扫描时间，提高通信链路的建立速度。
本发明所采用的技术方案是，一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，路径优化
建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000021
当进行二维旋转反射镜模块中的反射镜俯仰和旋转角度调整时，将反射镜面看作是在一个球形坐标系内的旋转；利用随机并行梯度下降算法对反射镜在三维方向的偏转角度进行自动循环迭代优化，迭代循环结束之后，使得反射镜的偏转角度达到最小，实现利用反射镜的激光折转传输；
步骤2，控制反射镜的角度旋转
建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间对应关系，利用电机控制进行反射镜的角度的旋转；根据二维旋转反射镜模块在接收端的控制回路，建立对应的光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间的关系；
步骤3，按照步骤1方法进行寻优，通过步骤2中反射镜上光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系进行控制驱动，完成利用反射镜的快速搜索，提高无线激光通信系统的链路建立速度。
本发明的特征还在于，
步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，初始化
建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000022
在已建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000023
上，设定随机生成反射镜的初始角度姿态
Figure BDA0003037930080000024
性能评价函数
Figure BDA0003037930080000025
步骤1.2，校正迭代
已知第j次的迭代结果，进行第j+1次迭代，产生相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度Δθ，
Figure BDA0003037930080000026
为第j次迭代时的反射镜角度姿态，Δθj为第j次迭代时所产生的随机三维方向偏转角度；将偏转角度
Figure BDA0003037930080000031
和
Figure BDA0003037930080000032
分别施加给反射镜，并计算对应偏转角度变化后的系统评价函数
Figure BDA0003037930080000033
和
Figure BDA00030379300800000311
由
Figure BDA0003037930080000034
和
Figure BDA0003037930080000035
计算出系统评价函数变化量δJ(j)；
步骤1.3，校正更新
反射镜偏转角度控制量的迭代公式：
Figure BDA0003037930080000036
式中，
Figure BDA0003037930080000037
为第j+1次迭代时的反射镜角度参数，
Figure BDA0003037930080000038
为第j次迭代时的反射镜角度参数；J(j)为第j次迭代的性能评价函数；μ为人为定义的权重系数；Δθj为第j次迭代时，随机产生的相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度；
步骤1.4，根据公式(2)，计算新的三维方向偏转角度
Figure BDA0003037930080000039
和对应的第j次迭代的系统性能评价函数J(j+1)；如果当前J(j+1)不满足收敛要求
Figure BDA00030379300800000310
ε为收敛的最优条件值，即迭代序列收敛到最优解，则循环复步骤1.2和步骤1.3，如果满足收敛条件，则退出循环。
步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，分别建立反射镜坐标系O'X'Y'Z'，耦合透镜坐标系为OXYZ，探测器视场面坐标系oxyz；反射镜绕Z'轴作方位旋转，绕Y'轴作俯仰旋转；根据光学反射矢量理论，建立反射镜的俯仰轴和方位轴的指向方程；在反射镜坐标系内，入射光线与反射光线满足反射定理：
A'＝RA (3)
式中，A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射前的矢量表示；A'为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量表示；
Figure BDA0003037930080000041
为假定反射镜法线与X‘轴正向及Z’轴负向均成45°角，与Y'轴垂直的反射矩阵；
步骤2.2，推导并建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系
在反射镜坐标系，当反射镜旋转α角，俯仰β角，入射光矢量A变化为A1；则经转动后的入射光矢量A1和反射光矢量A1'分别为：
A1＝Sz,α -1Sy,β -1A (4)
A'1＝RSz.α -1Sy,β -1A (5)
式中，A1为转动后的光束入射光矢量；A1'为转动后的光束反射光矢量；
Figure BDA0003037930080000042
分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；
Figure BDA0003037930080000043
为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；
再转换到耦合镜面坐标系上为：
A”1＝Sy,βRSz,α -1Sy,β -1A (6)
式中，A”1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；R为反射矩阵；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量关系；
反射镜和透镜组刚性连接，所以当反射镜(1)转动时，相对于耦合透镜只有俯仰转动，没有旋转，这样就解决了像旋问题，将公式(6)改写成为：
A”1＝Sy,2θSx,εA' (7)
光矢量A经反射镜反射进入耦合透镜后，在探测器坐标系上的光斑位置(x1,y1)，则其在焦平面坐标系上的坐标为(x1+xA,y1+yA)，得到：
Figure BDA0003037930080000051
Figure BDA0003037930080000052
Figure BDA0003037930080000053
式中，A”1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；xA和yA分别为探测器坐标和焦平面坐标系的相对距离；L为探测器检测到的像素点距离，f为透镜的焦距；
Figure BDA0003037930080000054
是光束在探测器坐标系中XOZ面的投影与Z轴的夹角；θ是光束与其在XOZ面投影的夹角；
当以平行光入射时，入射光经反射镜反射后得到的光矢量关系A'为：
A'＝[cosδ，-sinδ,0]T (11)
式中，δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
将式(11)代入式(6)后，联立式(10)可推导光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系为：
Figure BDA0003037930080000055
式中，
Figure BDA0003037930080000056
和θ分别为反射镜从初始姿态到目标姿态的偏移角度量；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；R为反射矩阵；δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
步骤2.3，根据光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系控制第一电机及第二电机并带动反射镜运动，使得进入接收端的光束能够到达接收天线，经透镜聚焦后出现在四象限探测器的接收视场内。
步骤1.2中，系统评价函数变化量δJ(j)具体如下：
Figure BDA0003037930080000061
式中，J为性能评价函数；j为迭代次数；δJ+ j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure BDA0003037930080000062
后的性能评价函数的梯度；J- j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure BDA0003037930080000063
后的性能评价函数的梯度。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，研究基于反射镜在进行激光的捕获、跟踪和对准时，不依赖于GPS和射频通信设备，可以解决强电磁对抗环境下高精度定位设备和通信链路无法正常工作的情况，因此对于保密性要求高的军事通信具有很大的应用前景和潜力。
2.本发明一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，是基于引入反射镜模块的无线激光通信系统进行研究，提高通信链路的建立速度。对于反射镜模块的引入的无线激光通信系统，可以增大激光通信距离，同时克服通信终端有通信障碍物的情况，对于用户信息的高速、长距离传输具有重要意义。
附图说明
图1是一种搭载在无人机平台中的二维旋转反射镜模块应用本发明一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法的控制原理图；
图2是二维旋转反射镜模块的结构示意图；
图3是利用反射镜快速搜索的路径优化方法的流程图。
图中，1.反射镜，2.耦合透镜，3.四象限探测器，4.控制处理器，5.第一电机，6.第二电机，7.第一电机驱动器，8.第二电机驱动器，9.反射镜平台，10.俯仰旋转台，11.转轴A，12.转轴B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1是一种搭载在无人机平台中的二维旋转反射镜模块应用本发明一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法的控制原理图；所述的“无人机平台”即是专利申请号为202010013299.X，申请日为：2020-01-07，公开日为2020-05-19，专利名称为“一种无人机续航装置及续航方法”的中的“一种无人机续航装置”，通过无人机搭载带有反射镜模块，捕获、对准和跟踪由地面通信终端发射的激光。激光束由地面发端发出到达无人机的反射镜1镜面，使激光束反射到目标位置。控制结构包括反射镜1、耦合透镜2、四象限探测器3以及控制处理器4。透镜将激光聚焦成一个特别小的光斑，并将光斑传输至后端的四象限探测器3中，然后四象限探测器4输出相应的反馈值至控制处理器。控制处理器4使用微控制器STM32F103ZET6控制反射镜1的角度偏转，直至将光斑传输至四象限探测器3中。
图2是二维旋转反射镜模块的结构示意图，包括反射镜1、反射镜平台9、第一电机5及第二电机6，第一电机5连接有第一电机驱动器7，第二电机6连接有第二电机驱动器8，反射镜1安装在反射镜平台9上，反射镜平台9下方设置有俯仰旋转台10，反射镜1的角度偏转通过两个伺服电机控制，第一电机5与反射镜1通过转轴A11相连，控制俯仰运动；第二电机6与俯仰旋转台通10过转轴B12相连，控制旋转角度运动。两个电机都连接有电机驱动器，用以控制步进电机的运动状态(包括电机转速、电机输入电流、电机转向及电机脱机运行)。第一电机驱动器7及第二电机驱动器8均与控制处理器4连接，通过控制处理器4的串口信息控制两个电机驱动器，进而控制二维旋转平台的角度偏转。
一种搭载在无人机平台中的二维旋转反射镜模块应用本发明一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，具体按照以下步骤实施，如图1-3所示：
步骤1，路径优化
建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000081
当进行二维旋转反射镜模块中的反射镜1俯仰和旋转角度调整时，将反射镜1面看作是在一个球形坐标系内的旋转；利用随机并行梯度下降算法对反射镜1在三维方向的偏转角度进行自动循环迭代优化，迭代循环结束之后，使得反射镜1的偏转角度达到最小，实现利用反射镜1的激光折转传输；
步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，初始化
建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000082
在已建立球坐标系坐标
Figure BDA0003037930080000083
上，设定随机生成反射镜1的初始角度姿态
Figure BDA0003037930080000084
性能评价函数
Figure BDA0003037930080000085
步骤1.2，校正迭代
已知第j次的迭代结果，进行第j+1次迭代，产生相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度Δθ，
Figure BDA0003037930080000086
为第j次迭代时的反射镜角度姿态，Δθj为第j次迭代时所产生的随机三维方向偏转角度；将偏转角度
Figure BDA0003037930080000087
和
Figure BDA0003037930080000088
分别施加给反射镜1，并计算对应偏转角度变化后的系统评价函数
Figure BDA0003037930080000089
和
Figure BDA00030379300800000810
由
Figure BDA00030379300800000811
和
Figure BDA00030379300800000812
计算出系统评价函数变化量δJ(j)：
Figure BDA00030379300800000813
式中，J为性能评价函数；j为迭代次数；δJ+ j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure BDA00030379300800000814
后的性能评价函数的梯度；J- j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure BDA00030379300800000815
后的性能评价函数的梯度；
步骤1.3，校正更新
反射镜偏转角度控制量的迭代公式：
Figure BDA0003037930080000091
式中，
Figure BDA0003037930080000092
为第j+1次迭代时的反射镜角度参数，
Figure BDA0003037930080000093
为第j次迭代时的反射镜角度参数；J(j)为第j次迭代的性能评价函数；μ为人为定义的权重系数；Δθj为第j次迭代时，随机产生的相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度；
步骤1.4，根据公式(2)，计算新的三维方向偏转角度
Figure BDA0003037930080000094
和对应的第j次迭代的系统性能评价函数J(j+1)；如果当前J(j+1)不满足收敛要求
Figure BDA0003037930080000095
ε为收敛的最优条件值，即迭代序列收敛到最优解，则循环复步骤1.2和步骤1.3，如果满足收敛条件，则退出循环。
步骤2，控制反射镜的角度旋转
建立光斑脱靶量(从初始姿态到目标姿态的偏移量)与反射镜旋转角度之间对应关系，利用电机控制进行反射镜1的角度的旋转；根据二维旋转反射镜模块在接收端的控制回路，建立对应的光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间的关系；参考图1系统的控制原理图，进行该步骤的说明；
步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，基于图1的控制原理图，分别建立反射镜坐标系O'X'Y'Z'，耦合透镜坐标系为OXYZ，探测器视场面坐标系oxyz；反射镜1绕Z'轴作方位旋转，绕Y'轴作俯仰旋转；根据光学反射矢量理论，建立反射镜1的俯仰轴和方位轴的指向方程；在反射镜坐标系内，入射光线与反射光线满足反射定理：
A'＝RA (3)
式中，A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射前的矢量表示；A'为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量表示；
Figure BDA0003037930080000101
为假定反射镜法线与X‘轴正向及Z’轴负向均成45°角，与Y'轴垂直的反射矩阵；
步骤2.2，推导并建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系
在反射镜坐标系，当反射镜旋转α角，俯仰β角，入射光矢量A变化为A1；则经转动后的入射光矢量A1和反射光矢量A1'分别为：
A1＝Sz,α -1Sy,β -1A (4)
A'1＝RSz.α -1Sy,β -1A (5)
式中，A1为转动后的光束入射光矢量；A1'为转动后的光束反射光矢量；
Figure BDA0003037930080000102
分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；
Figure BDA0003037930080000103
为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；
再转换到耦合镜面坐标系上为：
A”1＝Sy,βRSz,α -1Sy,β -1A (6)
式中，A”1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；R为反射矩阵；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量关系；
反射镜1和耦合透镜2组刚性连接，所以当反射镜1转动时，相对于耦合透镜只有俯仰转动，没有旋转，这样就解决了像旋问题，将公式(6)改写成为：
A”1＝Sy,2θSx,εA' (7)
光矢量A经反射镜1反射进入耦合透镜2后，在探测器坐标系上的光斑位置(x1,y1)，则其在焦平面坐标系上的坐标为(x1+xA,y1+yA)，得到：
Figure BDA0003037930080000111
Figure BDA0003037930080000112
Figure BDA0003037930080000113
式中，A”1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；xA和yA分别为探测器坐标和焦平面坐标系的相对距离；L为探测器检测到的像素点距离，f为透镜的焦距；
Figure BDA0003037930080000114
是光束在探测器坐标系中XOZ面的投影与Z轴的夹角；θ是光束与其在XOZ面投影的夹角；
当以平行光入射时，入射光经反射镜反射后得到的光矢量关系A'为：
A'＝[cosδ，-sinδ,0]T (11)
式中，δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
将式(11)代入式(6)后，联立式(10)可推导光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系为：
Figure BDA0003037930080000115
式中，
Figure BDA0003037930080000116
和θ分别为反射镜(1)从初始姿态到目标姿态的偏移角度量；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；R为反射矩阵；δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
步骤2.3，根据光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系控制第一电机5及第二电机6并带动反射镜1运动，使得进入接收端的光束能够到达接收天线，经耦合透镜2聚焦后出现在四象限探测器3的接收视场内。
步骤3，按照步骤1方法进行寻优，通过步骤2反射镜1上光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系进行控制驱动，完成利用反射镜1的快速搜索，提高无线激光通信系统的链路建立速度。

Claims (4)

1.一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，路径优化
建立球坐标系坐标
Figure FDA0003037930070000011
当进行二维旋转反射镜模块中的反射镜(1)俯仰和旋转角度调整时，将反射镜(1)面看作是在一个球形坐标系内的旋转；利用随机并行梯度下降算法对反射镜(1)在三维方向的偏转角度进行自动循环迭代优化，迭代循环结束之后，使得反射镜(1)的偏转角度达到最小，实现利用反射镜(1)的激光折转传输；
步骤2，控制反射镜的角度旋转
建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间对应关系，利用电机控制进行反射镜(1)的角度的旋转；根据二维旋转反射镜模块在接收端的控制回路，建立对应的光斑脱靶量与反射镜旋转角度之间的关系；
步骤3，按照步骤1方法进行寻优，通过步骤2所述反射镜(1)上光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系进行控制驱动，完成利用反射镜(1)的快速搜索，提高无线激光通信系统的链路建立速度。
2.根据权利要求1所述的一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，其特征在于，步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，初始化
建立球坐标系坐标
Figure FDA0003037930070000012
在已建立球坐标系坐标
Figure FDA0003037930070000013
上，设定随机生成反射镜(1)的初始角度姿态
Figure FDA0003037930070000014
性能评价函数
Figure FDA0003037930070000015
步骤1.2，校正迭代
已知第j次的迭代结果，进行第j+1次迭代，产生相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度Δθ，
Figure FDA0003037930070000021
为第j次迭代时的反射镜角度姿态，Δθj为第j次迭代时所产生的随机三维方向偏转角度；将偏转角度
Figure FDA0003037930070000022
和
Figure FDA0003037930070000023
分别施加给反射镜(1)，并计算对应偏转角度变化后的系统评价函数
Figure FDA0003037930070000024
和
Figure FDA0003037930070000025
由
Figure FDA0003037930070000026
和
Figure FDA0003037930070000027
计算出系统评价函数变化量δJ(j)；
步骤1.3，校正更新
反射镜偏转角度控制量的迭代公式：
Figure FDA0003037930070000028
式中，
Figure FDA0003037930070000029
为第j+1次迭代时的反射镜角度参数，
Figure FDA00030379300700000210
为第j次迭代时的反射镜角度参数；J(j)为第j次迭代的性能评价函数；μ为人为定义的权重系数；Δθj为第j次迭代时，随机产生的相互独立且符合伯努利分布的随机的三维方向偏转角度；
步骤1.4，根据公式(2)，计算新的三维方向偏转角度
Figure FDA00030379300700000211
和对应的第j次迭代的系统性能评价函数J(j+1)；如果当前J(j+1)不满足收敛要求
Figure FDA00030379300700000212
ε为收敛的最优条件值，即迭代序列收敛到最优解，则循环复步骤1.2和步骤1.3，如果满足收敛条件，则退出循环。
3.根据权利要求1所述的一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下：
步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，分别建立反射镜坐标系O'X'Y'Z'，耦合透镜坐标系为OXYZ，探测器视场面坐标系oxyz；反射镜(1)绕Z'轴作方位旋转，绕Y'轴作俯仰旋转；根据光学反射矢量理论，建立反射镜(1)的俯仰轴和方位轴的指向方程；在反射镜坐标系内，入射光线与反射光线满足反射定理：
A'＝RA (3)
式中，A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射前的矢量表示；A'为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量表示；
Figure FDA0003037930070000031
为假定反射镜法线与X‘轴正向及Z’轴负向均成45°角，与Y'轴垂直的反射矩阵；
步骤2.2，推导并建立光斑脱靶量与反射镜旋转角度对应关系
在反射镜坐标系，当反射镜旋转α角，俯仰β角，入射光矢量A变化为A1；则经转动后的入射光矢量A1和反射光矢量A′1分别为：
Figure FDA0003037930070000032
Figure FDA0003037930070000033
式中，A1为转动后的光束入射光矢量；A′1为转动后的光束反射光矢量；
Figure FDA0003037930070000034
分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；
Figure FDA0003037930070000035
为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；
再转换到耦合镜面坐标系上为：
Figure FDA0003037930070000036
式中，A”1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；R为反射矩阵；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；A为在反射镜转动前，入射光经反射镜反射后的矢量关系；
反射镜(1)和耦合透镜(2)组刚性连接，所以当反射镜(1)转动时，相对于耦合透镜只有俯仰转动，没有旋转，这样就解决了像旋问题，将公式(6)改写成为：
A″1＝Sy,2θSx,εA' (7)
光矢量A经反射镜(1)反射进入耦合透镜(2)后，在探测器坐标系上的光斑位置(x1,y1)，则其在焦平面坐标系上的坐标为(x1+xA,y1+yA)，得到：
Figure FDA0003037930070000041
Figure FDA0003037930070000042
Figure FDA0003037930070000043
式中，A″1为表示反射镜转动后，入射光通过耦合透镜后在耦合透镜坐标系上的光矢量；xA和yA分别为探测器坐标和焦平面坐标系的相对距离；L为探测器检测到的像素点距离，f为透镜的焦距；
Figure FDA0003037930070000044
是光束在探测器坐标系中XOZ面的投影与Z轴的夹角；θ是光束与其在XOZ面投影的夹角；
当以平行光入射时，入射光经反射镜反射后得到的光矢量关系A'为：
A'＝[cosδ，-sinδ,0]T (11)
式中，δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
将式(11)代入式(6)后，联立式(10)可推导光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系为：
Figure FDA0003037930070000045
式中，
Figure FDA0003037930070000046
和θ分别为反射镜(1)从初始姿态到目标姿态的偏移角度量；Sz,α分别为坐标沿z轴转动的旋转矩阵；Sy,β为坐标沿y轴转动的旋转矩阵；R为反射矩阵；δ为平行入射光与耦合透镜坐标系x轴的夹角；
步骤2.3，根据光斑脱靶量和反射镜调整角度的关系控制第一电机(5)及第二电机(6)并带动反射镜(1)运动，使得进入接收端的光束能够到达接收天线，经耦合透镜(2)聚焦后出现在四象限探测器(3)的接收视场内。
4.根据权利要求2所述的一种利用反射镜快速搜索的路径优化方法，其特征在于，步骤1.2中，系统评价函数变化量δJ(j)具体如下：
Figure FDA0003037930070000051
式中，J为性能评价函数；j为迭代次数；δJ+ j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure FDA0003037930070000052
后的性能评价函数的梯度；J- j为第j次迭代时，给反射镜施加偏转角度
Figure FDA0003037930070000053
后的性能评价函数的梯度。
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