1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
针对无人机（UAV）平台间激光通信的信道建模问题，提出了一种摆镜式激光通信终端指向误差的求解方法，在指向误差服从Hoyt分布的基础上，综合考虑大气效应得到了联合信道概率密度函数表达式，讨论了不同湍流强度和不同抖动方差下通信链路的性能，并对指向误差模型进行了数值仿真和实验研究。结果表明：当激光通信终端的方位和俯仰指向误差角分别符合均值为0、标准差为0.4°和0.05°的正态分布时，指向误差角符合Hoyt分布。本文所提出的模型更贴近真实系统的指向误差，可以为构建无人机的天地一体化通信网络和组网通信提供前期理论基础，具有一定的实际参考价值。
光通信 无人机 摆镜式激光通信终端 指向误差 Hoyt分布 信道建模 中国激光
2023, 50(11): 1106004
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
包含章动、自适应光学以及精跟踪功能的复合激光通信系统的光路复杂，环境温度改变时多光轴的一致性较难保证，导致波前校正基准、跟踪零位偏移，严重影响通信链路的建立。为解决以上问题，对系统进行了一体化设计，提出了针对多光轴复杂光路的光轴一致性的分析方法，建立了多反射镜误差传递模型。经过计算可得：在10~30 ℃的环境温度范围内，精跟踪支路与通信支路间、通信发射支路与通信接收支路间、精跟踪支路与自适应光学支路间同轴度误差优于143.77 μrad、27.38 μrad和131.66 μrad。在实验室中进行30 ℃温度拉偏实验，实验结果表明：光轴实际偏转角度与仿真结果之间的误差优于13%。随后进行了楼宇间的1 km激光通信实验（环境温度28 ℃），成功实现稳定通信。
光通信 多光轴一致性 仿真分析 刚体位移 误差传递模型 光学学报
2022, 42(18): 1806002
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中，工作环境10~30 ℃、光学基台的尺寸限制（不超过450 mm×400 mm）以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题，提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限元分析软件对光学望远镜建立了有限元模型，针对环境温度10~30 ℃、尾部安装状态下、光轴方向和垂直光轴方向1 g （g=9.8 m/s2）重力加速度工况下进行了分析。分析结果表明：光学望远镜整机一阶模态为133 Hz动态刚度较好，重力为光轴方向时主次镜间距最大变化量0.01 mm，重力为垂直光轴方向时主次镜间距最大为0.007 mm，光学望远镜系统波像差RMS值为λ/15，次镜最大倾角1.93″，具有较好的力、热稳定性，可以满足光学天线装校、检测以及外场实验验证过程中的指标要求。在光学望远镜装校完成后，使用ZYGO干涉仪对其像质进行检测，在重力垂直于光轴方向、环境温度10、20、30 ℃条件下进行检测，结果显示：系统波像差RMS值分别为0.097λ、0.075λ及0.1λ，整机光学望远镜系统波像差RMS值在最低温与最高温度时均优于λ/10均满足系统使用要求。
空间碎片 测距与成像复合系统 光学望远镜 仿真分析 space debris ranging and imaging compound system optical telescope simulation analysis 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200464
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
基于微透镜阵列形式设计了新型大视场激光通信接收光学系统,并提出了完整描述微透镜阵列光传输的3×3光学矩阵模型,讨论了各光学元件倾斜角度和偏心对像面高度和出射角度的影响规律。针对微透镜阵列光学系统形式的设计要求,给出了合理的倾斜角度和偏心的公差范围,在完成积分透镜光学系统像差讨论的基础上,采用设计和仿真相结合的方式实现了大视场激光通信接收光学系统设计,并验证了三维矩阵模型的正确性。通过样机研制、匀光测试和视场测试,最终实现了视场角达0.9°、均匀性达86.58%的新型激光通信接收光学系统,实验测试数据与理论仿真数据相吻合。关于激光通信链路方面的讨论分析进一步证明了微透镜阵列光学系统应用在激光通信系统中的可行性和优越性,为激光通信接收光学系统的设计和研制提供了新思路和新方向。
光通信 微透镜阵列 3×3光学矩阵; 光束匀化 链路能量 光学学报
2020, 40(22): 2206003
1 长春理工大学 空间光电技术研究所, 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
为了解决便携式激光通信视场角测量范围小、要求精度高、测量难度大的问题,采用计算指定通信距离下的链路能量作为视场角测量依据, 提出了一种基于便携式激光通信视场角测量的方法和装置, 并在此方案设计的高精度测量装置基础上进行了实际试验测量。结果表明, 探测器灵敏度为-30dBm时, 在1km,2km,3km,4km处测得的激光通信接收视场角分别为1.12mrad,0.94mrad,0.87mrad和0.63mrad。该测试方法和装置能够精确测量便携式激光通信的视场角范围, 测试装置可以扩展应用于不同领域的小视场高精度测量。
光通信 便携式激光通信 视场角 高精度测量 能量计算 optical communication portable laser communication field of view(FOV) high precision measurement energy calculation
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程中心, 吉林 长春 130022
3 国家电网吉林省电力有限公司, 吉林 长春 130000
为了降低自由空间激光通信中对准难度, 本文提出了采用离焦的方法以增大接收视场角。以满足通信所需最低能量(-35 dBm)为基准, 理论推导了探测器接收能量、接收视场角(FOV)、离焦接收能量及离焦量之间的相互关系, 并通过Matlab仿真, 分析对比了离焦接收能量和离焦量对接收视场角的影响。结果显示, 当离焦量为05 mm时, 离焦接收能量从-209 dBm提高到-41 dBm, 接收视场角能增大027 mrad; 当离焦接收能量为-41 dBm时, 离焦量从02 mm扩大到10 mm, 视场角能增大1.75 mrad。通过对比表明, 提高离焦接收能量以及扩大离焦量都可以增加接收视场角, 且扩大离焦量的效果相对比较明显, 这对后续离焦系统的设计提供了理论指导依据。
激光通信 离焦 视场角 离焦接收能量 laser communication defocus field of view defocus receiving energy
1 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程中心, 吉林 长春 130022
针对潜望式激光通信终端中的运动反射镜会改变接收信号光偏振态从而导致系统混频效率下降的问题, 提出一种基于旋转组合波片的偏振态实时补偿方法, 使接收信号光偏振态恒定为45°线偏振, 以实现与本振光的高效混频。在建立潜望式扫描机构几何模型的基础上, 利用三维偏振态追迹算法对其偏振态传输特性进行分析, 得到系统偏振态传输矩阵, 给出不同方位角、俯仰角下出射信号光的偏振态, 建立了偏振态补偿元件1/4波片、1/2波片各自旋转角度与潜望式扫描机构方位角、俯仰角的联系, 分析了波片旋转角度误差对出射信号光偏振态的影响。
光通信 偏振态 激光通信终端 实时补偿 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 120601
1 长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 国网黑龙江省电力有限公司鸡西供电公司华瑞集团公司, 黑龙江 鸡西 158100
针对独有的跟踪方式, 具体讨论了激光通信三同心球光学系统的跟瞄方案, 并进行了具体规划。通过对通信跟踪光路和通信接收光路的视场和精度分析, 给出了二者的相关参数, 作为Matlab理论计算跟踪像面轨道的依据。利用Tracepro软件模拟了引入相关误差量后的通信跟踪和通信接收像面光斑质心偏移和光斑大小变化情况。仿真结果显示: 随着角度的旋转, 通信接收的质心偏差在±4 μm范围内, 通信跟踪的质心偏差在±50 μm范围内; 通信接收像面光斑直径小于80 μm, 通信跟踪像面光斑直径均在400 μm以内。系统所引入的误差在允许范围之内, 不影响相关跟踪通信功能。
激光通信 三同心球系统 通信接收 通信跟踪 laser communication three concentric spheres system communication reception communication tracking
长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法, 对准直系统进行分析, 找到产生杂散光的主要原因, 设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构, 边缘杂散光抑制最大下限值为038%, 平均抑制值568×10-4%; 以此模型为基础, 进行了杂散光抑制实验。实验结果表明, 带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光, 保证了后续光学系统的功能实现, 对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。
杂散光抑制 像面照度分析 消光环 准直系统 stray light suppression imaging illumination analysis extinction ring collimating system
