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专利号: 2018109197121
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机中继激光通信系统,其特征在于:包括光纤放大器,光纤放大器两端分别依次连接有波分复用器、光斑探测器和耦合透镜组,耦合透镜组正面设置有扫描摆镜,扫描摆镜连接有控制扫描摆镜运动来接收和发射激光信号的伺服转台。

2.根据权利要求1所述的一种无人机中继激光通信系统,其特征在于,所述光斑探测器通过多模光纤与波分复用器连接,光纤耦合端面位于耦合透镜组的焦点处。

3.根据权利要求2所述的一种无人机中继激光通信系统,其特征在于,所述光斑探测器的光斑探测面由四块CCD图像传感器拼接而成,四块CCD图像传感器位于以光纤耦合端面为圆心的坐标系四象限上。

4.根据权利要求3所述的一种无人机中继激光通信系统,其特征在于,所述扫描摆镜连接有控制器,扫描摆镜捕捉从地面发射的激光信号时,控制器先控制扫描摆镜运动扫描捕获激光信号,当任一块CCD图像传感器检测出光斑,即完成激光信号的捕获,然后进入扫描摆镜运动跟踪阶段。

5.根据权利要求4所述的一种无人机中继激光通信系统,其特征在于,所述耦合透镜组将接收的激光信号汇聚于光纤耦合端面过程中,控制器先根据CCD传感器上检测到的光斑位置调整扫描摆镜位置,使四块CCD传感器都能检测到特定的光斑质心时,即完成耦合,完成耦合的激光信号透过耦合透镜组汇聚于光纤耦合端面上。

6.一种无人机中继激光通信系统的中继端瞄准跟踪激光信号的方法,其特征在于,包括以下步骤:a,根据光学反射矢量的理论,建立扫描摆镜的俯仰轴、方位轴和系统光轴的指向方程,控制扫描摆镜运动的控制器根据该指向方程调节扫描摆镜的旋转角度,完成对激光信号的捕获和跟踪;

b,利用CCD传感器上检测得到的脱靶量角和扫描摆镜调整角度的关系控制伺服电机带动扫描摆镜运动,使得进入系统的光束耦合进光纤端面。

7.根据权利要求6所述的一种无人机中继激光通信系统的中继端瞄准跟踪激光信号的方法,其特征在于,所述步骤a中,扫描摆镜的俯仰轴、方位轴和系统光轴的指向方程,表达式如下:A′=RA

其中,A表示扫描摆镜转动前,入射光经扫描摆镜反射前在耦合透镜坐标系中的光矢量坐标;

A′表示扫描摆镜转动前,入射光经扫描摆镜反射后在耦合透镜坐标系中的光矢量坐标;

A″表示扫描摆镜转动后,入射光透过耦合透镜组后在耦合透镜坐标系上的光矢量坐标;

R表示扫描摆镜的初始反射矩阵;

Sz,α与Sy,β分别表示扫描摆镜旋转角为α,俯仰角为β时,扫描摆镜坐标系沿光斑探测面坐标系的y轴和z轴的旋转矩阵。

8.根据权利要求7所述的一种无人机中继激光通信系统的中继端瞄准跟踪激光信号的方法,其特征在于,入射光为平行光时,入射光经扫描摆镜反射后得到的光矢量坐标A′的表达式如下:A′=[cosδ,-sinδ,0]T;

δ表示入射光为平行光时,入射光与耦合透镜坐标系X轴的夹角。

9.根据权利要求6所述的一种无人机中继激光通信系统的中继端瞄准跟踪激光信号的方法,其特征在于,所述步骤b中,光斑脱靶量角和扫描摆镜调整角度的关系如下式:其中,(xA,yA)表示第一CCD传感器的原点坐标;

(xa,ya)表示入射光A经过扫描摆镜和耦合透镜组后在第一CCD传感器上的光斑位置坐标;

(xa+xA,ya+yA)表示入射光A经过扫描摆镜和耦合透镜组后在光纤耦合端面上的位置坐标;

f表示焦距,即从耦合透镜组中心到光斑探测器中心的距离;

L表示CCD图像传感器中的像元点之间的距离,即像素点距离;

和θ表示入射光透过耦合透镜组时,传感器检测到的光斑脱靶量角,是光束在耦合透镜面坐标系中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。