CN113452436B - 用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置 - Google Patents

用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置 Download PDF

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Abstract

一种用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，本发明装置可以实现对宇宙空间的背景杂散光特性模拟，包括面背景杂散光将有效信号光信噪比降低、点干扰光的时间不连续性和空间位置不连续性，可以有效检验空间激光链路终端的动态捕跟性能。

Description

用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置
技术领域
本发明涉及空间激光通信，特别是一种用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，主要应用于实验室环境下模拟宇宙空间的动态背景光对激光链路终端的干扰模拟，检验空间激光链路终端的动态捕跟性能。
背景技术
目前研究的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，是在实验室内验证导引产品及自由空间激光通信的关键技术。动态目标与干扰模拟装置是航天技术中空间环境模拟实验的重要组成部分，用于测试导引产品及激光通信终端的目标捕获性能及图像处理算法。
过去研制的目标模拟与干扰装置，主要以单一动态目标和静态干扰模拟为主，无法实现目标与干扰源的同步动态仿真，且视场较小。而一般的动态模拟干扰装置，其模拟的干扰源场景单一，无法同时模拟干扰光的时间不连续性和空间不连续性，也不能满足复杂空间环境下的多干扰源综合影响的测试需求。以往的目标与复合干扰装置体积较大，无法满足实验室的空间要求。因此，开展集约化、大视场、多干扰源的动态目标与干扰模拟装置研制，具有较高的实用价值。
发明内容
为了解决背景技术中存在的大视场、动态、集约化、多干扰的目标与干扰的技术难题，本发明提供一种有效在实验室内能搭建的集约化、大视场、多干扰源的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置。
本发明的技术解决方案是：
一种用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特点在于：包括控制单元(3)、傅里叶变换透镜(41)、半反半透分光片(42)、信号光源(11)、点干扰光源(12)、面干扰光源(13)、调制器(14)、第一FSM(21)、第二FSM(22)和待测终端(5)，所述的调制器(14)的输出端与所述的点干扰光源(12)的控制端相连，沿所述的点干扰光源(12)的输出光方向依次是所述的第一FSM(21)、半反半透分光片(42)、第二FSM(22)、傅里叶变换透镜(41)和待测终端(5)，所述的控制单元(3)的输出端分别与所述的第一FSM(21)、第二FSM(22)的控制端相连，所述的信号光源(11)的输出光透过所述的半反半透分光片(42)经所述的第二FSM(22)反射后，再经所述的傅里叶变换透镜(41)准直地照射所述的待测终端(5)，所述的面干扰光源(13)的输出光透过所述的半反半透分光片(42)经所述的第一FSM(21)反射、所述的半反半透分光片(42)反射、所述的第二FSM(22)反射后，再经所述的傅里叶变换透镜(41)准直地照射所述的待测终端(5)。
所述的点干扰光源(12)输出的点干扰光是和所述的信号光源(11)输出的信号光同波段的闪烁光，或是包含信号光波段的宽谱光。
所述的面干扰光源(13)输出的面干扰光是和所述的信号光源(11)输出的信号光同波段的漫反射光或是包含信号光波段的宽谱光的漫反射光。
所述第一FSM、第二FSM为快速控制反射镜(Fast Steering Mirror)，其中，第二FSM的膜层为偏振保持反射膜，第一FSM也可以用可编程位置模拟器件代替；所述半反半透分光片是紫外融石英玻璃半反半透分光片；
所述的傅里叶变换透镜是融石英透镜，也可以用其他远场变换系统代替。
本发明的优点是：
本发明主要围绕用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟技术展开研究，完成了一种用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置的设计；该装置解决了集约化、大视场、多干扰源的空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟难题，对卫星导航与自由空间激光通信目标跟踪系统的质量考核、性能测试和生产具有重要意义。本发明所涉及的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置主要用于实验室目标场景仿真，可同时模拟目标与多类型干扰源的发光特性，用于导引产品与自由空间激光通信的链路捕跟性能测试。
具体而言，本发明具有以下优点：
1、本发明可在一个装置内实时模拟目标与随机干扰源的变化情况，具有实时、动态模拟的优点；
2、本发明利用光学视场拼接技术，将两块FSM器件进行像方视场放大，突破了以往动态目标与干扰模拟器视场范围小且不可分别调节的缺陷，使目标和干扰源的视场可分别调节，且干扰源视场可在目标源视场的基础上进行光学放大，既满足了激光通信光小视场扰动的要求又可使干扰光源充满整个被测终端视场；3、本发明采用的第一FSM器件进行点干扰光和面干扰光的仿真，可使点干扰光和面干扰光光轴处于随机变化状态，基本涵盖空间激光通信的背景干扰类型；4、本发明采用的宽带平板分束镜为紫外融石英玻璃半反半透分光片，可同时满足一定波段范围的红外光波透射，为不同波长的激光通信终端实时动态目标与干扰源仿真模拟提供了技术支持。
5、本发明采用的紫外融石英玻璃半反半透分光片，静态情况下可使3种光源的出射光轴指向一致，动态情况下有效的合成了3种类型光源的出射。
附图说明
图1是本发明用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置结构示意图；
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置结构示意图，由图可见，本发明用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，包括控制单元3、傅里叶变换透镜41、半反半透分光片42、信号光源11、点干扰光源12、面干扰光源13、调制器14、第一FSM21、第二FSM22和待测终端5，所述的调制器14的输出端与所述的点干扰光源12的控制端相连，沿所述的点干扰光源12的输出光方向依次是所述的第一FSM21、半反半透分光片42、第二FSM22、傅里叶变换透镜41和待测终端5，所述的控制单元3的输出端分别与所述的第一FSM21、第二FSM22的控制端相连，所述的信号光源11的输出光透过所述的半反半透分光片42经所述的第二FSM22反射后，再经所述的傅里叶变换透镜41准直地照射所述的待测终端5，所述的面干扰光源13的输出光透过所述的半反半透分光片42经所述的第一FSM21反射、所述的半反半透分光片42反射、所述的第二FSM22反射后，再经所述的傅里叶变换透镜41准直地照射所述的待测终端5。
所述的点干扰光源12输出的点干扰光是和所述的信号光源11输出的信号光同波段的闪烁光，或是包含信号光波段的宽谱光。
所述的面干扰光源13输出的面干扰光是和所述的信号光源11输出的信号光同波段的漫反射光或是包含信号光波段的宽谱光的漫反射光。
所述第一FSM、第二FSM为快速控制反射镜(Fast Steering Mirror)，其中，第二FSM的膜层为偏振保持反射膜，第一FSM也可以用可编程位置模拟器件代替；所述半反半透分光片是紫外融石英玻璃半反半透分光片；
所述的傅里叶变换透镜是融石英透镜，也可以用其他远场变换系统代替。
本发明利用两块FSM器件，可实现空间目标与干扰源的模拟，其中，第一FSM21与调制器可模拟点干扰光和面干扰光的动态扰动，第二FSM22可同时实现目标与干扰的动态扰动。
通过所述的半反半透分光片42可实现信号光、点干扰光、面干扰光的目标与干扰合成，即在被测终端5的同一视场内产生信号光、点干扰光、面干扰光的实时仿真。
如图1所示，在导引产品及空间激光链路捕跟的性能测试时，将其光学系统光轴与空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置的光轴调节至平行位置，由三路光源和动态目标发生器模拟的背景，可在被测终端5视场内像面上成带有杂散光和目标光的图像信息，实现对目标与干扰的实时仿真，从而可验证被测终端5的目标识别算法。
本发明所提供的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置主要包括：目标光源1(信号光11、点干扰光12、面干扰光13、调制器14)、动态目标发生器2(第一FSM21、第二FSM22)、控制单元3、光学系统4(傅里叶变换透镜41、半反半透分光片42)组成。
所述的调制器14与点干扰光12连接，使点干扰光12产生闪烁。第一FSM21和第二FSM22分别与控制单元3相连，第一FSM21和第二FSM22以及光学系统4依次设置在点干扰光12和面干扰光13的出射光路上，第二FSM22以及光学系统4设置在目标光源1的出射光路上，第一FSM21、第二FSM22完成目标光源1、点干扰光12和面干扰光13的光轴指向变化。控制单元3主要完成FSM器件的驱动控制。
光学系统4包括傅里叶变换透镜41、半反半透分光片42；第一FSM21、半反半透分光片42、傅里叶变换透镜41依次设置在点干扰光12和面干扰光13的出射光路上；第二FSM22、傅里叶变换透镜41设置在目标光源1的出射光路上。本发明的工作原理是：目标光源1(信号光11、点干扰光12、面干扰光13)位于傅里叶变换透镜41的焦面位置，信号光11经半反半透分光片42和第二FSM22以及傅里叶变换透镜41后可形成来自无穷远的目标辐射，点干扰光12经半反半透分光片42和第二FSM22以及傅里叶变换透镜41后形成来自无穷远的干扰辐射，面干扰光12经半反半透分光片42和第一FSM21、第二FSM22以及傅里叶变换透镜41后形成来自无穷远的干扰辐射；此时，从光学系统出射处对着光学系统的光轴方向看过去，正如模拟了来自无穷远的目标与干扰辐射。
其中，半反半透分光片42采用紫外融石英玻璃制作，可保证1.2μm～1.6μm的激光通信系统红外波段模拟仿真；信号光11由第一FSM21模拟信号光11动态扰动场景；调制器14调制产生点干扰光12后由第一FSM21、第二FSM22来模拟点干扰光12的动态干扰场景；面干扰光13由第一FSM21、第二FSM22来模拟面干扰光12的动态干扰场景。此时可实现目标源与干扰源的同一时刻、同一场景内的模拟。将被测终端5放置在装置出射处，调整其光轴与动态目标与干扰模拟装置光轴一致，可在被测终端5像面上成带有杂散光和目标光的图像信息，有效的在实验室内模拟了目标与干扰源信息，为被测终端5提供了有力的条件保障。其中各部分的功能如下：
目标光源1主要是为了提供模拟目标发射器发光(信号光11)光能和环境背景辐射(点干扰光12、面干扰光13)光能特征，可有效模拟不同类型的干扰源在测试终端5像面的成像特征。动态目标发生器2(第一FSM21、第二FSM22)与控制器3连接，通过控制器3可实现第一FSM21和第二FSM22的任意指向调控，从而实现目标和干扰的动态仿真；另外，采用两块FSM是实现光学放大，使目标和干扰源最大视场可分别调节，且干扰源视场可在目标源视场的基础上进行扩展，既满足了激光通信光、信号光光小视场扰动的要求又可使干扰源充满整个被测终端视场。光学系统4中的傅里叶变换透镜41主要是模拟无穷远处的目标与背景辐射；半反半透分光片42主要是目标源与干扰源的合成，可保证目标源与干扰源出射光轴的一致性。

Claims (5)

1.一种用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特征在于：包括控制单元(3)、傅里叶变换透镜(41)、半反半透分光片(42)、信号光源(11)、点干扰光源(12)、面干扰光源(13)、调制器(14)、第一FSM(21)、第二FSM(22)和待测终端(5)，所述的调制器(14)的输出端与所述的点干扰光源(12)的控制端相连，沿所述的点干扰光源(12)的输出光方向依次是所述的第一FSM(21)、半反半透分光片(42)、第二FSM(22)、傅里叶变换透镜(41)和待测终端(5)，所述的控制单元(3)的输出端分别与所述的第一FSM(21)、第二FSM(22)的控制端相连，所述的信号光源(11)的输出光透过所述的半反半透分光片(42)经所述的第二FSM(22)反射后，再经所述的傅里叶变换透镜(41)准直地照射所述的待测终端(5)，所述的面干扰光源(13)的输出光透过所述的半反半透分光片(42)经所述的第一FSM(21)反射、所述的半反半透分光片(42)反射、所述的第二FSM(22)反射后，再经所述的傅里叶变换透镜(41)准直地照射所述的待测终端(5)；所述第一FSM、第二FSM为快速控制反射镜(Fast SteeringMirror)，其中，第二FSM的膜层为偏振保持反射膜。
2.根据权利要求1所述的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特征在于：所述的点干扰光源(12)输出的点干扰光是和所述的信号光源(11)输出的信号光同波段的闪烁光，或是包含信号光波段的宽谱光。
3.根据权利要求1所述的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特征在于：所述的面干扰光源(13)输出的面干扰光是和所述的信号光源(11)输出的信号光同波段的漫反射光或是包含信号光波段的宽谱光的漫反射光。
4.根据权利要求1所述的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特征在于：所述半反半透分光片是紫外融石英玻璃半反半透分光片。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于空间激光链路捕跟的动态目标与干扰模拟装置，其特征在于：所述的傅里叶变换透镜是融石英透镜。
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