CN115941035B - 基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,S1.利用上位机将被测空间激光通信终端的工作模式设定为灰度质心方法检测模式,同时设定捕获CCD工作参数,且将各项参数配置为初始化状态;S2.开启半导体激光器发射激光光源,被测空间激光通信终端伴随开始捕获光信号;S3.通过上位机控制二维平移导轨在X轴正、负方向做平移运动;S4.通过上位机控制二维平移导轨在Y轴正、负方向上做平移运动;S5.分别根据S3中二维平移导轨在X轴移动的距离△X,S4中二维平移导轨在Y轴移动的距离△Y换算出捕获视场;本发明测试精度高、测试时间短、使用环境包容度强。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速标定方法,尤其涉及一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法。
背景技术
空间激光通信相对传统的微波通信方式,其具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、保密性好、体积小、重量轻和功耗低等优点,因此空间激光通信技术特别是本技术实用化的推进,是全世界范围内广泛研究的热点技术领域;
空间光通信系统中,捕获子系统负责建立捕跟链路,捕获CCD负责采集与处理捕获到的光斑信息,对空间激光通信系统的功能实现起着至关重要的作用,其中,捕获CCD接收视场的大小影响着捕获的概率与捕获时间,在现有的测试方法中,标定捕获CCD的接收视场需要使用精密二维转台的作为测试平台,而精密二维转台的安装、使用需要耗费大量人力、物力,精度要求也非常高,所以安装、使用中均极易容易产生误差,如此在实际使用中不得不严格限制场地和相关设备,因此其无法在相关行业大规模推广,则无法达到实用化的推进的目的;
因此,需要设计一种更有效、快速、易于实施的激光通信终端捕获CCD接收视场标定方法,能准确地测试出接收视场大小的同时,不需要依赖精密二维转台的支持,达到简化测试过程和缩短测试时间的效果。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处,本发明提供了一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法。
本发明采用的技术方案是:一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,步骤如下:
S1.利用上位机将被测空间激光通信终端的工作模式设定为灰度质心方法检测模式,同时设定捕获CCD工作参数,且将各项参数配置为初始化状态;
再将发射光纤(2)安装在二维平移导轨(3)上,并使发射光纤(2)的端面处于平行光管(1)的焦点位置上;
S2.上位机向二维平移导轨发送位移指令,同时开启半导体激光器发射激光光源,被测空间激光通信终端伴随开始捕获光信号;
S3.通过上位机控制二维平移导轨在X轴正、负方向上做平移运动,发射光纤伴随二维平移导轨同步运动;
S4.通过上位机控制二维平移导轨在Y轴正、负方向上做平移运动,发射光纤伴随二维平移导轨同步运动;
S5.分别根据S3中二维平移导轨在X轴移动的距离△X,S4中二维平移导轨在Y轴移动的距离△Y换算出捕获视场;
S5中捕获视场的计算公式为:
FOVX=arctg(△X/F),
FOVY=arctg(△Y/F);
其中,FOVX为被测激光通信终端的水平捕获视场;FOVY为被测激光通信终端的俯仰捕获视场;F为平行光管的焦距;△X为二维平移导轨在X轴方向移动的距离,△Y为二维平移导轨在Y轴移动的距离,平行光管的焦距F值与二维平移导轨的移动距离值单位统一。
进一步地,在S2和S3的动作发生之间通过上位机控制被测空间激光通信终端的方位、俯仰角度,并使得被测空间激光通信终端的收发光轴角度与平行光管收发光轴相互对准。
进一步地,S3和S4的操作中,分别使得捕获光斑在捕获CCD上所成像产生运动形成图像。
进一步地,在S3的基础上,上位机接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨在X轴上总运动距离达到△X时,配合上位机反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机将二维平移导轨的X轴位置控制到△X/2处。
进一步地,在S4的基础上,上位机接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨在Y轴上总运动距离达到△Y时,配合上位机反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机将二维平移导轨的Y轴位置控制到△Y/2处。
进一步地,平行光管模拟发射平行光,同时平行光管焦点处的点光源被发射光纤所模拟,二者结合半导体激光器发出的激光为被测空间激光通信终端提供测试接收的平行光。
进一步地,发射光纤的端面处于平行光管的焦点位置上可实现平行光管出射光束的二维扫描。
进一步地,发射光纤可分别在X轴和Y轴上实现正交位移运动,发射光纤分别在X轴和Y轴的正交位移运动是由二维平移导轨控制发射光纤二维平移实现的。
本发明公开了一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,解决现有二维转台测量过程复杂、时间长的问题,本方法无需复杂标定,通过二维平移导轨实现光束对被测空间激光通信终端的二维扫描,测出捕获接收视场,测试过程简单,达到了不依赖精密二维转台的效果,测试精度高且优于5urad,测试时间短且单次标定完成时间在5min以内,实际使用环境包容度高。
附图说明
图1为本发明的标定方法一览图。
图2为本发明的标定方法的流程图。
图中:1、平行光管;2、发射光纤;3、二维平移导轨;4、半导体激光器;5、被测空间激光通信终端;6、上位机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,本方法包括并利用平行光管1、发射光纤2、二维平移导轨3、半导体激光器4、被测空间激光通信终端5、上位机6相互配合,具体配合如下:
平行光管1可以模拟发射平行光,同时平行光管1焦点处的点光源被发射光纤2所模拟,接着结合半导体激光器4发出的激光为被测空间激光通信终端5提供测试接收的平行光,则可以理解的是,被测空间激光通信终端5为本方法提供标定件,另外,需要说明的是,发射光纤2的输入尾纤与半导体激光器4的输出尾纤通过光纤法兰连接,发射光纤2的端面处于平行光管1的焦平面上,平行光管1的收发口径与被测空间激光通信终端5的光学收发口径相互对准。
发射光纤2通过机械法兰连接安装在二维平移导轨3上,二维平移导轨3可以分别在X轴和Y轴上实现正交位移运动,则发射光纤2伴随二维平移导轨3进行同步运动;
上位机6用于向其他部件发送指令和全盘控制,其中包括对与其通过通信线缆连接的被测空间激光通信终端5进行遥测遥控。
本发明公开的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其具体步骤如下:
S1.利用上位机6将被测空间激光通信终端5的工作模式设定为灰度质心方法检测模式,同时设定捕获CCD工作参数,且将各项参数配置为初始化状态;
S2.上位机6向二维平移导轨3发送位移指令,同时开启半导体激光器4发射激光光源,被测空间激光通信终端5伴随开始捕获光信号;
通过上位机6控制被测空间激光通信终端5的方位、俯仰角度,如此便使得被测空间激光通信终端5的收发光轴角度与平行光管1收发光轴相互对准;
S3.通过上位机6控制二维平移导轨3在X轴正、负方向上做平移运动,发射光纤2伴随二维平移导轨3同步运动;
如此,使得捕获光斑在捕获CCD上所成像产生运动形成图像,上位机6接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨3在X轴上总运动距离达到△X时,配合上位机6反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机6将二维平移导轨3的X轴位置控制到△X/2处;
S4.通过上位机6控制二维平移导轨3在Y轴正、负方向上做平移运动,发射光纤2伴随二维平移导轨3同步运动;
如此,使得捕获光斑在捕获CCD上所成像产生运动形成图像,上位机6接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨3在Y轴上总运动距离达到△Y时,配合上位机6反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机6将二维平移导轨3的X轴位置控制到△Y/2处;
S5.分别根据S3中二维平移导轨3在X轴移动的距离△X,S4中二维平移导轨3在Y轴移动的距离△Y换算出捕获视场:
FOVX=arctg(△X/F),
FOVY=arctg(△Y/F);
其中,FOVX为被测激光通信终端的水平捕获视场;FOVY为被测激光通信终端的俯仰捕获视场;F为平行光管焦距;△X为二维平移导轨3在X轴方向移动的距离,△Y为二维平移导轨3在Y轴移动的距离,需要说明的是,平行光管1的焦距F值与二维平移导轨3的移动距离值单位统一。
基于上述方法步骤,其中需要说明的是,平行光管1优选口径为200毫米,焦距为2000mm,RMS@632.8nm优于1/15的规格;半导体激光器4优选型号为FC-808-20-SM可多模光纤输出的半导体激光器4,其输出功率为20mW,光纤类型为FC-PC;二维平移导轨3优选单轴平移量的距离为20mm,重复定位精度为0.01mm。
如此,本发明公开的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,解决现有二维转台测量过程复杂、时间长的问题,本方法无需复杂标定,通过二维平移导轨实现光束对被测空间激光通信终端的二维扫描,测出捕获接收视场,测试过程简单,达到了不依赖精密二维转台的效果,测试精度高且优于5urad,测试时间短且单次标定完成时间在5min以内,实际使用环境包容度高。
上述实施方式并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于步骤如下:
S1.利用上位机(6)将被测空间激光通信终端(5)的工作模式设定为灰度质心方法检测模式,同时设定捕获CCD工作参数,且将各项参数配置为初始化状态;
再将发射光纤(2)安装在二维平移导轨(3)上,并使发射光纤(2)的端面处于平行光管(1)的焦点位置上;
S2.上位机(6)向二维平移导轨(3)发送位移指令,同时开启半导体激光器(4)发射激光光源,被测空间激光通信终端(5)伴随开始捕获光信号;
S3.通过上位机(6)控制二维平移导轨(3)在X轴正、负方向上做平移运动,发射光纤(2)伴随二维平移导轨(3)同步运动;
S4.通过上位机(6)控制二维平移导轨(3)在Y轴正、负方向上做平移运动,发射光纤(2)伴随二维平移导轨(3)同步运动;
S5.分别根据S3中二维平移导轨(3)在X轴移动的距离△X,S4中二维平移导轨(3)在Y轴移动的距离△Y换算出捕获视场;
所述S5中捕获视场的计算公式为:
FOVX=arctg(△X/F),
FOVY=arctg(△Y/F);
其中,FOVX为被测激光通信终端的水平捕获视场;FOVY为被测激光通信终端的俯仰捕获视场;F为平行光管(1)的焦距;△X为二维平移导轨(3)在X轴方向移动的距离,△Y为二维平移导轨(3)在Y轴移动的距离,所述平行光管(1)的焦距F值与二维平移导轨(3)的移动距离值单位统一。
2.根据权利要求1所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:在所述S2和S3的动作发生之间通过上位机(6)控制被测空间激光通信终端(5)的方位、俯仰角度,并使得被测空间激光通信终端(5)的收发光轴角度与平行光管(1)收发光轴相互对准。
3.根据权利要求1所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:所述S3和S4的操作中,分别使得捕获光斑在捕获CCD上所成像产生运动形成图像。
4.根据权利要求3所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:在所述S3的基础上,上位机(6)接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨(3)在X轴上总运动距离达到△X时,配合上位机(6)反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机(6)将二维平移导轨(3)的X轴位置控制到△X/2处。
5.根据权利要求3所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:在所述S4的基础上,上位机(6)接收捕获CCD图像信息,采用标准灰度质心方法计算光斑灰度质心坐标,当二维平移导轨(3)在Y轴上总运动距离达到△Y时,配合上位机(6)反馈的捕获光斑质心信息,直至捕获光斑质心分别有两次均位于捕获CCD捕获窗口的边缘,此时便可通过上位机(6)将二维平移导轨(3)的Y轴位置控制到△Y/2处。
6.根据权利要求1所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:所述平行光管(1)模拟发射平行光,同时平行光管(1)焦点处的点光源被发射光纤(2)所模拟,二者结合半导体激光器(4)发出的激光为被测空间激光通信终端(5)提供测试接收的平行光。
7.根据权利要求6所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:所述发射光纤(2)的端面处于平行光管(1)的焦点位置上可实现平行光管(1)出射光束的二维扫描。
8.根据权利要求7所述的基于二维扫描光束的激光通信终端捕获视场快速标定方法,其特征在于:所述发射光纤(2)可分别在X轴和Y轴上实现正交位移运动,所述发射光纤(2)分别在X轴和Y轴的正交位移运动是由二维平移导轨(3)控制发射光纤(2)二维平移实现的。
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