JP2005065131A - Capture and tracking apparatus for spatial laser communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体間もしくは移動体と固定体間で行う空間光通信で相手局を捕捉追尾する空間レーザ通信用捕捉追尾装置に関するものである。 The present invention relates to a capture and tracking device for space laser communication that captures and tracks a partner station by space optical communication performed between a moving body or between a moving body and a fixed body.
従来、レーザ通信を行う2局間で、互いに相手を捕捉・追尾するために空間レーザ通信用捕捉追尾装置が用いられている。この空間レーザ通信用捕捉追尾装置には、相手局からのレーザビームにより送受信用望遠鏡の向きを制御するための粗追尾制御手段と、4象限受光器(受光面を4つに分割した形状となる4つの受光素子で構成された受光器)で相手局からのレーザビームを受けて、その受光スポットが中心になるよう受光位置を調整制御するための精追尾制御手段と、を備えるものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a capture tracking device for spatial laser communication has been used to capture and track each other between two stations that perform laser communication. This spatial laser communication acquisition and tracking device includes a coarse tracking control means for controlling the direction of a transmission / reception telescope by a laser beam from a partner station, and a four-quadrant light receiver (the light receiving surface is divided into four parts). And a fine tracking control means for receiving a laser beam from a partner station and adjusting and controlling the light receiving position so that the light receiving spot is at the center.
上記のような4象限受光器で精追尾を行う捕捉追尾装置においては、受光強度が著しく減衰した場合に、4素子からのプリアンプ出力に含まれるランダムな雑音(熱雑音やショット雑音)によって、4素子の和信号がゼロクロス(正から負や、負から正に変化する)する現象が起きてしまう。和信号は後段の除算器の分母に入力され、差分値は除算器の分子に入力されているため、除算器からの出力が、除算器の正負の制限値まで交互に振りきれる異常な値となる現象が発生していた。なお、現在のところ光通信に用いるレーザ素子の発光強度が限定されているため、受光強度の減衰を回避するために大出力のレーザビームを通信に利用することは出来ない。 In the acquisition and tracking device that performs fine tracking with the four-quadrant light receiver as described above, when the received light intensity is significantly attenuated, the random noise (thermal noise or shot noise) included in the preamplifier output from the four elements causes 4 A phenomenon occurs in which the sum signal of the element is zero-crossed (changes from positive to negative or from negative to positive). Since the sum signal is input to the denominator of the subsequent divider and the difference value is input to the numerator of the divider, the output from the divider is an abnormal value that can be alternately swung up to the positive / negative limit value of the divider. A phenomenon occurred. Since the light emission intensity of the laser element used for optical communication is limited at present, a high-power laser beam cannot be used for communication in order to avoid attenuation of the light reception intensity.
4象限受光器からの出力を演算して受光スポット位置を求める方法として、除算器を用いて位置変化を正規化する方法は従来から一般的に行われており、光スポット位置検出部が備える除算器に、受光強度変動への対応機能を持たせた従来技術がある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この特許文献1に記載されている方法では、受光強度が低下した場合に、誤差が大きくなる問題が不可避であった。
As a method for calculating the output from the four-quadrant light receiver to obtain the light receiving spot position, a method of normalizing the position change using a divider has been conventionally performed, and the division provided in the light spot position detection unit is conventionally performed. There is a conventional technique in which a function of responding to fluctuations in received light intensity is provided in a detector (see, for example, Patent Document 1). However, the method described in
また、受光強度の低下時に生じてしまう上記のような異常現象を回避する方法として、追尾用の光センサへの入射光が減衰して、雑音の影響が顕著となって、予め定めた閾値を越えたときには、精追尾のためのミラー調整動作を停止して可動ミラーを固定し、その後に入射光が強くなって雑音の影響が軽減されて閾値以下となったときには、可動ミラーを停止したその位置から自動追尾動作を再開する従来技術がある(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、この特許文献2に記載されている方法では、精追尾のためのミラー調整動作を停止して可動ミラーを固定した後には、制御が行われないために、姿勢変動の外乱が直接に指向誤差となり、通信相手をロストしてしまう可能性もある。
In addition, as a method of avoiding the above-described abnormal phenomenon that occurs when the received light intensity decreases, the incident light to the tracking optical sensor is attenuated and the influence of noise becomes significant, and a predetermined threshold value is set. When it exceeds, the mirror adjustment operation for fine tracking is stopped and the movable mirror is fixed.After that, when the incident light becomes stronger and the influence of noise is reduced and falls below the threshold, the movable mirror is stopped. There is a conventional technique for resuming an automatic tracking operation from a position (see, for example, Patent Document 2). However, in the method described in
すなわち、これらの方法では、受信信号の減衰時における指向誤差の低減に自ずと限界があり、信頼性の高い捕捉追尾を実現できないのである。 That is, in these methods, there is a limit in reducing the pointing error when the received signal is attenuated, and it is not possible to realize highly reliable acquisition and tracking.
本発明が解決しようとする課題は、レーザビームの受光強度が低下して、雑音の影響が大きくなっても、4素子の和信号がゼロクロスとなる現象が生ずる事を無くし、適正な捕捉追尾が可能な空間レーザ通信用捕捉追尾装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that even if the received light intensity of the laser beam is reduced and the influence of noise is increased, the phenomenon that the sum signal of the four elements becomes zero crossing does not occur, and proper acquisition and tracking is achieved. It is to provide a capture and tracking device for possible spatial laser communication.
上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、空間レーザ通信を行う通信相手局からのレーザビームを受信し、この受信レーザビームに基づいて指向方向を粗く調整する粗追尾制御手段と、受信レーザビームを4象限受光器で受け、4象限受光器の各受光素子からの出力信号を用いて受光スポットの中心からのズレの指標となる差分信号を取得し、この差分信号に基づいて指向方向を精細に調整する精追尾制御手段と、を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、上記精追尾制御手段は、4象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、4象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段と、上記帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、上記帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段と、を備えるものとした。
In order to solve the above problem, the invention according to
また、請求項2に係る発明は、上記請求項1に記載の空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、上記帯域制限手段は、時定数の異なる2以上の帯域通過フィルタを備えるものとし、上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻すようにしたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the acquisition tracking device for spatial laser communication according to the first aspect, the band limiting means includes two or more band pass filters having different time constants, and the band limiting The control means sequentially switches from the short time constant to the long time constant according to the decrease in the signal level of the sum signal, and from the long time constant to the short time according to the increase of the signal level of the sum signal. It is characterized in that it is switched sequentially to return to the through state.
請求項1に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置によれば、帯域制限手段と帯域制限制御手段を精追尾制御手段に設けたので、スルー状態で帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが帯域制限開始レベルに達すると、帯域制限制御手段が帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、雑音成分である蓋然性の高い高周波成分をカットするので、和信号がゼロクロスすることを防止し、異常な差分信号が取得されることを抑制可能となる。これにより、受信したレーザビームの受光強度が低下した時にも、著しい指向誤差を生ずることなく、適正な捕捉追尾を継続することが出来る。
According to the acquisition and tracking device for spatial laser communication according to
そして、帯域制限手段を帯域制限状態で捕捉追尾を継続している間に、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して帯域制限解除レベルに達すると、帯域制限制御手段が帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させるので、レーザビームの受光強度が適正な強度に戻ると、通常の捕捉追尾動作へ速やかに自動復帰させることが出来る。 When the signal level of the sum signal that is lower than the band limitation start level rises and reaches the band limitation release level while the band limitation unit continues to capture and track in the band limitation state, the band limitation control unit Since the band limiting means is converted from the band limited state to the through state, when the received light intensity of the laser beam returns to an appropriate intensity, the normal capture and tracking operation can be quickly and automatically returned.
このように、空間レーザ通信を行う双方の通信局で、本発明に係るレーザ通信用捕捉追尾装置を用いれば、受光したレーザビームが減衰した時の指向誤差を小さく抑えて、相手側での受光強度変動をも効果的に抑制できるので、安定したレーザリンクを保持できるという利点もある。 As described above, if the communication tracking device for laser communication according to the present invention is used in both communication stations that perform spatial laser communication, the pointing error when the received laser beam is attenuated can be suppressed to be small, and light reception on the partner side can be suppressed. Since intensity fluctuation can be effectively suppressed, there is also an advantage that a stable laser link can be maintained.
また、請求項2に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置によれば、時定数の異なる2以上の帯域通過フィルタを帯域制限手段に設けて、和信号の信号レベルの低下・上昇に応じて、帯域制限制御手段が時定数の異なる帯域通過フィルタを使い分けるものとしたので、和信号の信号レベルが比較的高いうちは帯域制限周波数を高く設定し、指向制御に用いる差分信号の信頼性を高くし、和信号の信号レベルが低くなるにつれて帯域制限周波数を低下させることで、平滑化による誤差要因を許容しつつも、雑音混入に起因する和信号のゼロクロスに基づいて異常な差分信号が取得されることを防止する。従って、受光強度低下時の帯域制限による誤差要因を更に抑制することが可能となり、より好適な捕捉追尾を実現し得る。
Further, according to the acquisition and tracking device for spatial laser communication according to
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る空間レーザ通信用捕捉追尾装置の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of a capture and tracking device for spatial laser communication according to the present invention will be described based on the attached drawings.
図1に示すのは、空間レーザ通信を行う双方の通信局が備える空間光通信システムの概略構成である。この空間光通信システムは、第1実施形態に係る空間レーザ通信用の捕捉追尾装置1と、送信および受信兼用の望遠鏡2と、ジンバル機構3によって構成してある。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a spatial optical communication system provided in both communication stations that perform spatial laser communication. This spatial optical communication system is configured by a capture and
上記捕捉追尾装置1では、望遠鏡2により受信した通信相手局からのレーザビームを第1ビームスプリッタ11にて一部を分離し、これをCCD受光器12で受光し、このCCD受光器12からの受光信号を受けた粗追尾制御手段13がジンバル機構3を駆動させて、レーザビームの受光位置を調整する。すなわち、粗追尾制御手段13が行うジンバル機構3の駆動制御によって、望遠鏡2の受光の向きを通信相手局へ大まかに合わせることが出来る。
In the acquisition and
上記第1ビームスプリッタ11を透過したレーザビームは、例えば2枚の可動ミラーにより構成される光路微調整手段14へ導かれ、この光路微調整手段14を通った受信光は第2ビームスプリッタ15を透過して4象限受光器であるQD受光器16の受光面に照射され、このQD受光器16からの出力信号を受けた精追尾制御手段17が光路微調整手段14の可動ミラーを作動させて、受光位置を高精度に調整する。
The laser beam that has passed through the first beam splitter 11 is guided to an optical path
上記QD受光器16は、受光面を4つに分割した形状となるような4つの受光素子(例えば、フォトダイオード)より構成されるもので、受光スポットが中心にあれば、4つの受光素子から各々等しい電流が得られ、受光スポットが中心から外れていれば、そのズレに応じた電流が各受光素子から得られる。従って、各受光素子から得た電流に基づいて受光スポットの位置のズレ方向を識別出来るのである。なお、標準的なQD受光器16は増幅作用を持たないので、例えば、素子自体がアバランシェ効果による電気的増幅機能を持った4分割アバランシェフォトダイオード(QAPD)を用いても良い。
The
なお、捕捉追尾装置1が備えるレーザ光源18から照射された送信用のレーザビームは、上記第2ビームスプリッタ15でその光路を光路微調整手段14へ向けられ、第1ビームスプリッタ11を透過して望遠鏡2から照射される。
The transmission laser beam emitted from the
人工衛星と地上局の間で空間光通信を行う際に生ずる受光強度変動の要因としては、大気揺らぎによる変動もあるが、主として相手側のレーザ通信機の指向誤差に起因する。この指向誤差が相手局に生じた時に受光強度が低下し、相手局で指向誤差が補正されるにつれて受光強度が回復する。このように、双方の通信局で互いに相手局を捕捉追尾する空間光通信においては、受光強度の変動は一般的に生ずるものである。そして、指向誤差は、衛星本体の姿勢変動を捕捉追尾装置によって補正した制御残差に相当し、相手側から送られてきた光の受光強度が減衰したときに、この指向誤差が増大する。捕捉追尾装置は、光通信機の姿勢変動に起因した受光スポットの位置変動を計測し、その値に基づいて姿勢変動を補正するために可動ミラーや駆動装置を制御するものである。粗追尾制御は角度分解能が大きな受光スポット検出を長い時間間隔で行うため、受光強度の短時間の低下には影響され難い。一方、精追尾制御において受光スポットの強度が低下したときの位置計測の精度、可動ミラー制御の精度を高めることが課題である。そこで、第1実施形態に係る捕捉追尾装置1の精追尾制御手段17は、図2に示す構成とした。
The cause of the fluctuation in received light intensity that occurs when performing spatial optical communication between the artificial satellite and the ground station is also due to fluctuations in the atmosphere, but is mainly due to the pointing error of the laser communication device on the other side. When this pointing error occurs in the partner station, the received light intensity decreases, and the received light intensity recovers as the pointing error is corrected in the partner station. As described above, in spatial optical communication in which both communication stations capture and track each other station, fluctuations in received light intensity generally occur. The pointing error corresponds to a control residual obtained by correcting the attitude variation of the satellite body by the acquisition and tracking device, and this pointing error increases when the received light intensity of light transmitted from the other side is attenuated. The acquisition and tracking device measures the position variation of the light receiving spot caused by the posture variation of the optical communication device, and controls the movable mirror and the driving device in order to correct the posture variation based on the measured value. Since the coarse tracking control detects light receiving spots with a large angular resolution at a long time interval, it is hardly affected by a short time drop in the light receiving intensity. On the other hand, it is a problem to improve the accuracy of position measurement and the accuracy of movable mirror control when the intensity of the light receiving spot is reduced in fine tracking control. Therefore, the fine tracking control means 17 of the
図2に示す精追尾制御手段17は、差分信号を取得するまでの概略構成のみを示し、取得した差分信号に基づいて光路微調整手段14を制御する手法としては、公知既存のものを適用できるので、図示を省略した。 The fine tracking control means 17 shown in FIG. 2 shows only a schematic configuration until a difference signal is acquired, and a known and existing technique can be applied as a method for controlling the optical path fine adjustment means 14 based on the acquired difference signal. Therefore, illustration was abbreviate | omitted.
QD受光器16を構成する4つのフォトダイオードである第1受光素子16a,第2受光素子16b,第3受光素子16c,第4受光素子16dから受光量(W)に比例した電流が各々出力され、これらをプリアンプ回路20で電圧(V)に変換し、電位情報としての信号強度を得る。なお、本図に示すQD受光器16においては、第1受光素子16aと第4受光素子16dの並び、第2受光素子16bと第3受光素子16cの並びが、夫々x方向の配置となり、且つ、第1受光素子16aと第2受光素子16bの並び、第3受光素子16cと第4受光素子16dの並びが、夫々y方向の配置となるようにしてある。
Currents proportional to the amount of received light (W) are output from the first
上記プリアンプ回路20より出力される第1〜第4受光素子16a〜16dの受光信号は、第1帯域制限手段21a,第2帯域制限手段21b,第3帯域制限手段21c,第4帯域制限手段21dを各々介して加減算回路22へ供給される。なお、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの詳細については後に詳述する。
The received light signals of the first to fourth
上記加減算回路22では、第1受光素子16aからの出力信号aと、第2受光素子16bからの出力信号bと、第3受光素子16cからの出力信号cと、第4受光素子16dからの出力信号dとを用いて、和信号Σ=a+b+c+d、x方向の差分値Ex=a+b−c−d、y方向の差分値Ey=a+d−c−bを各々計算し、これらΣ,Ex,Eyを除算器23へ供給する。なお、和信号Σはレベル判別器24にも供給するものとした。
In the addition /
上記除算器23では、Ex/ΣとEy/Σを計算して、x方向のズレを示す差分信号(ゼロに近いほどズレがないことを示す信号)とy方向のズレを示す差分信号(ゼロに近いほどズレがないことを示す信号)を得る。斯くして、QD受光器16に照射された受信レーザビームの受光スポットが、QD受光器16の受光面の中心からズレている度合いを把握するための指標となる差分信号を取得できるのである。この差分信号の値に基づいて光路微調整手段14の可動ミラーを動かし、QD受光器16の中央に受光スポットが当たるように受信レーザビームの光路を微調整することで、精追尾制御手段17による精追尾動作が実行される。
The
図3(a)は、加減算回路22から得られる和信号Σが減衰し回復する場合のシミュレーション計算による波形図であり、信号レベルに顕著な微動が生じているのが分かる。これは、QD受光器16を構成する受光素子やプリアンプ回路20に含まれるランダムな雑音(熱雑音やショット雑音)が混入するためである。図3(b)には、受光スポットの位置が正弦波状に変動する例について、ランダム雑音が無いときの理想的な差分信号(Ex/Σ、又は、Ey/Σ)を示した。受光強度が著しく減衰した場合に、ランダムな雑音の影響により、和信号Σ(Σ=a+b+c+dで、本来なら負になることはない信号)がゼロクロス(正から負や、負から正に変化する)する現象が起きる。ゼロクロス時には、除算器23からの出力が、除算器23の正負の制限値まで交互に振りきる異常な差分信号が発生していた(図3(c)参照)。
FIG. 3A is a waveform diagram by simulation calculation when the sum signal Σ obtained from the adder /
そこで、本実施形態に係る捕捉追尾装置1の精追尾制御手段17における第1〜第4帯域制限手段21a〜21dには、夫々切替手段25と低周波成分が透過する帯域通過フィルタ(以下、LPF)26を設け、2接点切替式のスイッチを有する切替手段25によって、プリアンプ回路20からの信号をそのまま加減算回路22へ送出するスルー状態と、プリアンプ回路20からLPF26を通して帯域制限した信号を加減算回路22へ送出する帯域制限状態とを切り替えるものとした。
Therefore, the first to fourth
すなわち、本実施形態においては、切替手段25とLPF26とを備える第1〜第4帯域制限手段21a〜21dが「4象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、4象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段」として機能するのである。
That is, in the present embodiment, the first to fourth
更に、レベル判別器24は、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が低下することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた帯域制限開始レベル)まで低下したことを検出すると、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの各切替手段25…に切替信号を送って、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dを帯域制限状態に変更させ、高周波成分をカットされた出力信号a〜dが加減算回路22へ供給されるようにする。
Further, the
上記のように帯域制限が行われた後、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が上昇することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた帯域制限解除レベル)に達したことを検出したレベル判別器24は、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの各切替手段25…に切替信号を送って、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dをスルー状態に変更させ、プリアンプ回路20からの出力信号a〜dがそのまま加減算回路22へ供給されるようにする。
After the band limitation is performed as described above, the signal level of the sum signal Σ from the adder /
すなわち、本実施形態においては、第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの切替手段25の切替制御を行うレベル判別器24が「帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段」として機能するのである。
That is, in the present embodiment, the
図3(d)に、上述した帯域制限制御方式を用いて、レベル判別器24による切替制御を行った場合の和信号Σの波形を示す。例えば、和信号Σの信号レベルが帯域制限開始レベルである0.3〔V〕になったのをレベル判別器24が判別して第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの切替手段25を切り替えることで、帯域制限された出力信号a〜dに基づいて和信号Σが計算されたのが、本図においては、概ね0.04秒付近であり、その後の和信号Σは平滑化されているのが分かる。
FIG. 3D shows the waveform of the sum signal Σ when the switching control by the
その後、和信号Σの信号レベルが帯域制限解除レベルである0.4〔V〕になったのをレベル判別器24が判別して第1〜第4帯域制限手段21a〜21dの切替手段25を切り替えることで、帯域制限されない出力信号a〜dに基づいて和信号Σが計算されたのが、本図においては、概ね0.076秒付近であり、その後の和信号Σには、再び、雑音による微動が生じているのが分かる。
Thereafter, the
なお、帯域制限を開始させるためにレベル判別器24が判別する帯域制限開始レベル(スルー状態から帯域制限状態へ切り替える閾値)よりも、帯域制限を終了させるためにレベル判別器24が判別する帯域制限解除レベル(帯域制限状態からスルー状態へ切り替える閾値)を大きく設定したのは、チャタリング(接点の開閉が短時間の内に反復する現象)防止のためである。
Note that the bandwidth limit determined by the
図3(e)に、LPF26への切り替えで帯域制限を施した出力信号a〜dにより取得した差分信号の波形を示す。これは、図3(b)に示した理想的な差分信号に比べると多分に誤差を含んでおり、計測制度が低下していることは否めないものの、図3(c)に示した従来方式(ゼロクロスした和信号により算出した差分信号の波形)のような異常状態は生じておらず、光路微調整手段14の可動ミラー制御に支障のない差分信号を取得できたことが分かる。
FIG. 3E shows the waveform of the difference signal acquired from the output signals a to d subjected to band limitation by switching to the
帯域制限のON/OFFを切り替えるためにレベル判別器24に判別させる規定値(帯域制限開始レベルおよび帯域制限解除レベル)は、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良く、その設定手法は特に限定されるものではない。また、LPF26として用いる帯域通過/遮断特性も、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良いが、ランダム雑音の振幅の分布は確率的に推定できるので、和信号のゼロクロスを避け、且つ、帯域制限による位置計測精度の低下を最小限とする周波数帯域制限を加え得る特性のフィルタを用いることが望ましい。
The specified values (band limit start level and band limit release level) that are discriminated by the
次に、帯域制限をかけつつも、上述した第1実施形態の捕捉追尾装置1に設けた精追尾制御手段17よりも差分信号の誤差を抑制できる第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る捕捉追尾装置に設ける精追尾制御手段17′の概略構成を図4に示す。なお、図2に示した精追尾制御手段17と同様の構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
Next, a description will be given of a second embodiment in which the error of the difference signal can be suppressed more than the fine tracking control means 17 provided in the acquisition and
精追尾制御手段17′において、第1〜第4受光素子16a〜16dからプリアンプ回路20を経て供給される出力信号a〜dは、夫々第1帯域制限手段31a,第2帯域制限手段31b,第3帯域制限手段31c,第4帯域制限手段31dに至る。これら第1〜第4帯域制限手段31a〜31dからの出力信号a〜dを受けた加減算回路から和信号Σを受けるレベル判別器32は、和信号Σの信号レベルに応じて、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dを制御する。
In the fine tracking control means 17 ′, the output signals a to d supplied from the first to fourth
これら第1〜第4帯域制限手段31a〜31dは、3接点切替式のスイッチを有する切替手段33によって、プリアンプ回路20からの信号をそのまま加減算回路22へ送出するスルー状態と、プリアンプ回路20から初段低周波通過フィルタ(以下、初段LPF)34aを通して帯域制限した信号を加減算回路22へ送出する初段帯域制限状態と、プリアンプ回路20から次段低周波通過フィルタ(以下、次段LPF)34bを通して帯域制限した信号を加減算回路22へ送出する次段帯域制限状態と、に切替可能なものである。
These first to fourth
ここで、初段LPF34aと次段LPF34bには、各々透過/遮断周波数の帯域が異なるものを用い、初段LPF34aの時定数よりも次段LPF34bの時定数を長くすることで、初段LPF34aよりも次段LPF34bの方が帯域制限周波数が低い(出力信号a〜dを平滑化し易い)特性とする。このような特性の初段LPF34a,次段LPF34bを用いるなら、QD受光器16の受光強度がある程度高く、多少の雑音成分が残ってもゼロクロスが生じる可能性が低い場合には、初段LPF34aを用いて出力信号a〜dの帯域制限を行うことができ、QD受光器16の受光強度が極めて低く、些細な雑音成分によってもゼロクロスが生じる危険性がある場合には、次段LPF34bを用いて出力信号a〜dの帯域制限を行うことができる。
Here, the first-
そこで、上述した構成の第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの制御を行うレベル判別器32は、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が低下することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた初段帯域制限開始レベル)まで低下したことを検出すると、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの各切替手段33…に切替信号を送って、初段のフィルタである初段LPF34aを各出力信号a〜dが通るように切り替えさせ、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dを初段帯域制限状態に変更させ、高周波の雑音成分がカットされた出力信号a〜dが加減算回路22へ供給されるようにする。
Therefore, the
初段LPF34aに切り替えられた後、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が更に低下することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた次段帯域制限開始レベル)まで低下したことをレベル判別手段32が検出すると、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの各切替手段33…に切替信号を送って、次段のフィルタである次段LPF34bを各出力信号a〜dが通るように切り替えさせ、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dを次段帯域制限状態に変更させ、更に低周波の雑音成分がカットされた出力信号a〜dが加減算回路22へ供給されるようにする。
After the switching to the first-
上記のように帯域制限が行われた後、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が上昇することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた次段帯域制限解除レベル)に達したことを検出したレベル判別器32は、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの各切替手段33…に切替信号を送って、初段のフィルタである初段LPF34aを各出力信号a〜dが通るように切り替えさせ、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dを次段帯域制限状態から初段帯域制限状態に戻す。
After the band limitation is performed as described above, the signal level of the sum signal Σ from the adder /
初段LPF34aに切り替えられた後、QD受光器16に当たったビームスポットの強度が更に上昇することに伴って、加減算回路22からの和信号Σの信号レベルが規定値(予め定めた初段帯域制限解除レベル)に達したことを検出したレベル判別器32は、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの各切替手段33…に切替信号を送って、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dをスルー状態に変更させ、プリアンプ回路20からの出力信号a〜dがそのまま加減算回路22へ供給されるようにする。
After the switching to the first-
すなわち、本実施形態に係る捕捉追尾装置の精追尾制御手段が備えるレベル判別器32は、「時定数の異なる2以上の低周波帯域通過フィルタを備えるものとし、上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻す帯域制限手段」として機能するのである。
That is, the
図5に、上述した2段フィルタ切り替え方式を採用した精追尾制御手段17′における各種信号のシミュレーション波形を示す。例えば、和信号Σの信号レベルが初段帯域制限開始レベルである0.3〔V〕になったのをレベル判別器32が判別して、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの切替手段33により初段LPF34aに切り替えさせる信号を出力する(初段のフィルタ切り替え信号をONにする)のが概ね0.035秒付近で、その後に帯域制限された出力信号a〜dに基づいて計算された和信号Σが多少平滑化されているのが分かる。
FIG. 5 shows simulation waveforms of various signals in the fine tracking control means 17 ′ adopting the above-described two-stage filter switching method. For example, the
更に受光信号の強度が低下し、和信号Σの信号レベルが次段帯域制限開始レベルである0.03〔V〕になったのをレベル判別器32が判別して、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの切替手段33により次段LPF34bに切り替えさせる信号を出力する(次段のフィルタ切り替え信号をONにし、初段のフィルタ切り替え信号をOFFにする)のが概ね0.046秒付近で、その後に帯域制限された出力信号a〜dに基づいて計算された和信号Σが更に平滑化されているのが分かる。
Furthermore, the
その後、受光信号の強度が上昇し、和信号Σの信号レベルが次段帯域制限解除レベルである0.2〔V〕になったのをレベル判別器32が判別して、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの切替手段33により初段LPF34aに切り替えさせる信号を出力する(初段のフィルタ切り替え信号をONにし、次段のフィルタ切り替え信号をOFFにする)のが概ね0.075秒付近で、その後に帯域制限された出力信号a〜dに基づいて計算された和信号Σに、雑音による微動が生じているのが分かる。
Thereafter, the intensity of the received light signal increases, and the
更に受光信号の強度が上昇し、和信号Σの信号レベルが初段帯域制限解除レベルである0.4〔V〕になったのをレベル判別器32が判別して、第1〜第4帯域制限手段31a〜31dの切替手段33をスルーに切り替えさせる信号を出力する(初段のフィルタの切り替え信号をOFFにする)のが概ね0.78秒付近で、その後に帯域制限されない出力信号a〜dに基づいて計算された和信号Σには、再び、雑音による顕著な微動が生じているのが分かる。
Further, the intensity of the received light signal is increased, and the
なお、第2実施形態においても、チャタリング防止のために、初段帯域制限開始レベルよりも初段帯域制限解除レベルを、次段帯域制限開始レベルよりも次段帯域制限解除レベルを、各々大きく設定してある。 Also in the second embodiment, in order to prevent chattering, the first-stage band restriction release level is set higher than the first-stage band restriction start level, and the next-stage band restriction release level is set higher than the next-stage band restriction start level. is there.
図5(d)に、初段LPF34a,次段LPF34bへの切り替えで帯域制限を施した出力信号a〜dにより取得した差分信号の波形を示す。これも、図3(b)に示した理想的な差分信号に比べると多分に誤差を含んでおり、計測制度が低下していることは否めないものの、図3(e)に示した第1実施形態で取得される差分信号よりも誤差を抑制できたことが分かる。
FIG. 5D shows the waveform of the differential signal acquired from the output signals a to d subjected to band limitation by switching to the first-
各段の帯域制限のON/OFFを切り替えるためにレベル判別器32に判別させる規定値(各段の帯域制限開始レベルおよび帯域制限解除レベル)は、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良く、その設定手法は特に限定されるものではない。また、初段LPF34a,次段LPF34bとして用いる各フィルタの帯域通過/遮断特性も、回路構成に応じた雑音特性に基づいて適宜設定すれば良いが、ランダム雑音の振幅の分布は確率的に推定できるので、和信号のゼロクロスを避け、且つ、各帯域制限による位置計測精度の低下を最小限とする周波数帯域制限を加え得る特性のフィルタを用いることが望ましい。
The specified values (band limit start level and band limit release level of each stage) to be discriminated by the
なお、上述した第2実施形態では、2つのLPFを用いて強度低下に応じて切り替えるものとしたが、3つ以上のLPFを用いて強度低下に応じて切り替えるようにしても良い。 In the second embodiment described above, two LPFs are used for switching according to strength reduction. However, three or more LPFs may be used for switching according to strength reduction.
1 捕捉追尾装置
2 望遠鏡
3 ジンバル機構
13 粗追尾制御手段
14 光路微調整手段
16 QD受光器
16a〜16d 第1〜第4受光素子
17 精追尾制御手段
21a〜21d 第1〜第4帯域制限手段
24 レベル判別器
25 切替手段
26 LPF
17′ 精追尾制御手段
31a〜31d 第1〜第4帯域制限手段
32 レベル判別器
33 切替手段
34a 初段LPF
34b 次段LPF
DESCRIPTION OF
17 'fine tracking control means 31a to 31d first to fourth band limiting means 32
34b Next stage LPF
Claims (2)
受信レーザビームを4象限受光器で受け、4象限受光器の各受光素子からの出力信号を用いて受光スポットの中心からのズレの指標となる差分信号を取得し、この差分信号に基づいて指向方向を精細に調整する精追尾制御手段と、
を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置において、
上記精追尾制御手段は、
4象限受光器の受光素子からの信号をそのまま通過させるスルー状態と、4象限受光器の受光素子からの信号を低周波の帯域通過フィルタへ通す帯域制限状態と、に切り替え可能な帯域制限手段と、
上記帯域制限手段を通過した各受光素子からの信号の総和である和信号の信号レベルが低下して、予め定めた帯域制限開始レベルに達することで、上記帯域制限手段をスルー状態から帯域制限状態に変換させ、帯域制限開始レベルよりも低かった和信号の信号レベルが上昇して、予め定めた帯域制限解除レベルに達することで、上記帯域制限手段を帯域制限状態からスルー状態に変換させる帯域制限制御手段と、
を備える空間レーザ通信用捕捉追尾装置。 Coarse tracking control means for receiving a laser beam from a communication partner station that performs spatial laser communication and coarsely adjusting a directivity direction based on the received laser beam;
The received laser beam is received by a four-quadrant light receiver, and a differential signal that serves as an index of deviation from the center of the light-receiving spot is obtained using output signals from the respective light-receiving elements of the four-quadrant light receiver, and directed based on the difference signal. Fine tracking control means for finely adjusting the direction;
In space laser communication acquisition and tracking device comprising:
The fine tracking control means is
Band limiting means capable of switching between a through state in which the signal from the light receiving element of the four quadrant light receiver is passed as it is and a band limited state in which the signal from the light receiving element of the four quadrant light receiver is passed through the low frequency band pass filter; ,
When the signal level of the sum signal, which is the sum of the signals from the respective light receiving elements that have passed through the band limiting unit, decreases and reaches a predetermined band limiting start level, the band limiting unit is changed from the through state to the band limiting state. The band limiter converts the band limiter from the band limit state to the through state by increasing the signal level of the sum signal that is lower than the band limit start level and reaching a predetermined band limit release level. Control means;
A capture and tracking device for spatial laser communication.
上記帯域制限制御手段は、和信号の信号レベルの低下に応じて、時定数の短いものから時定数の長いものへ順次切り替え、和信号の信号レベルの上昇に応じて、時定数の長いものから短いものへ順次切り替えてスルー状態へ戻すようにしたことを特徴とする請求項1に記載の空間レーザ通信用捕捉追尾装置。
The band limiting means includes two or more band pass filters having different time constants,
The band limiting control means sequentially switches from the short time constant to the long time constant according to the decrease in the signal level of the sum signal, and from the long time constant according to the increase in the signal level of the sum signal. 2. The acquisition and tracking device for spatial laser communication according to claim 1, wherein the system is sequentially switched to a short one and returned to the through state.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007020100A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Hamamatsu Photonics Kk | Incidence state detection method and optical wireless communication apparatus |
JP2008066926A (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Ic Master:Kk | Automatic attitude control system for laser communication device and automatic attitude control method |
JP2012060499A (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | National Institute Of Information & Communication Technology | Optical wireless communication apparatus |
JP2012237628A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | Acquisition tracking device |
JP2012253484A (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Nec Corp | Acquisition and tracking control device |
WO2014115397A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | シャープ株式会社 | Light sensor and electronic device |
JP2016510557A (en) * | 2013-02-12 | 2016-04-07 | レイセオン カンパニー | Multiple access point laser communication terminal |
-
2003
- 2003-08-20 JP JP2003295766A patent/JP2005065131A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007020100A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Hamamatsu Photonics Kk | Incidence state detection method and optical wireless communication apparatus |
JP4615384B2 (en) * | 2005-07-11 | 2011-01-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | Incident state detection method and optical wireless communication apparatus |
JP2008066926A (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Ic Master:Kk | Automatic attitude control system for laser communication device and automatic attitude control method |
JP2012060499A (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | National Institute Of Information & Communication Technology | Optical wireless communication apparatus |
JP2012237628A (en) * | 2011-05-11 | 2012-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | Acquisition tracking device |
JP2012253484A (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Nec Corp | Acquisition and tracking control device |
WO2014115397A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | シャープ株式会社 | Light sensor and electronic device |
JP5985663B2 (en) * | 2013-01-25 | 2016-09-06 | シャープ株式会社 | Optical sensor and electronic equipment |
JP2016510557A (en) * | 2013-02-12 | 2016-04-07 | レイセオン カンパニー | Multiple access point laser communication terminal |
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