引用本文:
邱赛, 盛磊, 高世杰,等. 旋转双棱镜指向系统转角补偿偏差修正方法[J]. 光通信技术,2021,45(2):41-45.
邱 赛1,2,盛 磊1*,高世杰1,刘永凯1,伞晓刚1,吴佳彬1
1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033; 2.中国科学院大学,北京 100049
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对旋转双棱镜系统解算困难、误差源众多和指向精度较低的问题,提出了一种补偿旋转双棱镜指向系统转角的修正方法,采用求偏导和建立全微分方程的方法建立光束指向误差与棱镜转角误差关系,解算出补偿角。经实验验证:在99.57%的指向区域中,指向偏差最大值由1.8742°降低为1.4753°,均方根由0.1401°降低为0.0893°,补偿棱镜转角修正方法可有效提高指向精度。
关键词:激光通信;旋转双棱镜;指向模型;偏差修正;系统误差
中图分类号:TN384 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)02-0041-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.02.010
0 引言
在空间激光通信中,通信终端对质量和体积要求较高[1],传统的指向系统由于使用了万向式指向机构,其质量普遍较大[2-8],而旋转双棱镜系统可以在较小的体积下实现较大的光束偏转,因此旋转双棱镜系统非常适用于空间激光通信环境中[9-10]。然而,旋转双棱镜系统中,出射光束与双棱镜转角间为非线性关系,解算困难[10],且系统中存在较多的误差源影响光束指向,因此旋转双棱镜系统指向精度较低[11-12]。目前,旋转双棱镜的指向方法主要有一级近轴近似方法和非近轴光线追迹方法。国防科学技术大学周远等人[13-14]对比分析了一级近轴近似和非近轴光线追迹这2种方法的研究结果,并进行了旋转双棱镜指向实验验证,他们发现非近轴光线追迹方法能准确地描述系统光束偏转机制,而传统的一级近轴近似方法的分析结果与实验值存在偏差,且光束的偏转角越大,偏差越明显。但是,周远等人的研究成果并未考虑系统存在的误差源对指向结果的影响。文献[11]研究了装配误差对非近轴光线追迹方法解算准确度的影响,其实验结果表明轴承中的误差对指向精度影响比较大。一级近轴近似和非近轴光线追迹这两种解算方法均未考虑实际旋转双棱镜系统中存在的系统误差,而文献[11]的研究仅仅分析了误差对指向精度的影响,未补偿或修正系统误差。本文分析非近轴光线追迹方法的指向方案,结合旋转双棱镜指向原理,提出采用补偿双棱镜转角的方法将实际指向位置修正至理论指向位置的修正方法。
4 结束语
本文根据非近轴光线追迹解法建立旋转双棱镜光束指向模型,通过分析对比旋转双棱镜光束模型计算出的理想指向区域与实际指向区域,得出采用补偿棱镜转角修正光束指向偏差的方法;为建立补偿方程,采用求偏导分析旋转双棱镜指向误差与旋转双棱镜转角的变化关系,建立旋转双棱镜出射光束与棱镜转角间的全微分方程组,通过解算全微分方程组得到补偿方程,根据实际测量的指向误差与补偿方程计算得到两棱镜的补偿角,将两棱镜的补偿角补偿至光束指向模型得到修正方程。经实验验证:在99.57%的指向区域中,修正前的旋转双棱镜系统最大指向误差为1.8742°,指向误差均方根为0.1401°;修正后的旋转双棱镜系统最大指向误差为1.4753°,指向误差均方根为0.0893°,旋转双棱镜系统指向精度显著提高,转角补偿偏差修正方法可有效修正系统偏差,提高指向精度。