小型变焦无线光通信终端ATP技术研究

通信目标光学捕获对准技术不依赖GPS和无线通讯手段、不易受强电磁环境的干扰,是发展轻小型化激光通信的重要方向。本文针对轻小型化无线光通信终端天线展开研究,设计了切换变焦形式的光学天线,构建了以变焦光学天线为基础的无线光通信终端模型,通过链路功率核算,验证了变焦前信标光和变焦后通信光链路的有效性。本设计为激光通信系统的便携式应用提供重要技术支撑。

基于双光楔棱镜的激光通信伺服机构研究

无线激光通信因其在码元速率、信道容量、传输距离等方面的优势而得到迅速发展和广泛应用,为了提升无线激光通信载荷对星载和机载等不同平台的适配性,激光通信载荷逐渐向着轻小型化方向发展。伺服扫描机构是激光通信过程中的重要环节,扫描捕获单元的轻小型化设计成为亟待解决的问题。基于旋转双光楔棱镜的扫描捕获单元摒弃常规的机械伺服转台,通过棱镜绕公共旋转轴的独立旋转实现大视场光束偏转。本文通过建立双光楔棱镜物理模型,基于几何光线追迹构建光束指向模型并分析旋转双光楔棱镜光束扫描模式,为激光通信载荷的轻小型化研制提供一定的参考和指导。相比于一阶近似模型,非近轴光线追迹模型对光束偏转的表征更加精准,通过优化棱镜的旋转角速度和初始角度可以实现对全视场任意轨迹形式的光束扫描覆盖。

小型无线光通信终端大视场扫描捕获光学天线设计

针对小型、轻量化光通信终端,设计了一种大视场扫描捕获方案,并对该方案中所涉及的光学天线进行了详细研究。这种扫描捕获方案将MEMS反射镜作为伺服控制机构,进行天线指向控制;光学天线采用收发共口径体制,能够将MEMS反射镜的指向范围扩大3倍,且全视场畸变控制在了0.7%以内;最后对这种捕获方案的通信链路功率进行了核算,功率余量4.6 dB,较为充足。本文所提出的方案体小质轻,是无线激光通信领域中较为独特的形式,在无人机、单兵的应急建链、通信中具备良好的应用前景。

一种小口径凸非球面补偿器的设计

离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端,检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时,需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测,因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径凸非球面,无法采用非球面透射式的补偿法进行检测,因此采用凸非球面直接作为反射面的自准直平行光补偿检验法。根据设计思路,利用Zemax软件构建初始结构并对其进行优化,这样简化了初始结构计算过程,同时能得到理想的补偿器系统结构。给出了一个口径为80 mm、二次曲面系数为-6.5,F数为5.00375的凸非球面反射镜的补偿器系统的设计过程和公差分析过程,系统工作波长为632.8 nm,均方根值为0.000015λ,公差分配后残余波像差为0.0104708λ。

拼接式光学窗口对光学系统影响的分析方法

高速飞行器采用拼接式光学窗口可以减小风阻和雷达波反射,但是会引起入射波前在窗口处被各个拼接玻璃分割,可能会导致光学系统调制传递函数(MTF)降质以及点扩展函数(PSF)的下降和劈裂,严重的情况下会影响系统的分辨率。因此,分析拼接式光学窗口对光学系统的影响对设计采用拼接窗口的光学系统有着重要参考价值。利用Zemax软件构建拼接窗口模型,简化拼接窗口分析过程,得出不同情况下拼接窗口波前分割后的MTF和PSF,结果表明,当被分割的入射光产生特定的光程差时会使MTF和PSF发生严重下降和劈裂,PSF发生严重劈裂的系统会使光学系统成像质量下降。拼接窗口参数的合理选择可以降低这种影响。

基于双光楔棱镜的激光通信光端机设计

随着激光通信向负载能力有限应用平台的推广,激光通信系统逐渐向着轻量化和小型化的方向发展。作为激光通信系统的重要一环,扫描捕获单元的轻小型化设计成为亟待解决的问题。首先,基于旋转双光楔棱镜的扫描捕获单元摒弃常规的机械伺服转台,通过棱镜绕公共旋转轴的独立旋转实现大视场光束偏转。然后,基于非近轴光线追迹建立双光楔棱镜光束偏转模型并分析了双光楔棱镜的扫描模式,为轻小型激光通信光端机的研制提供了一定的参考。最后,基于旋转双光楔棱镜和四象限探测器复用技术提出并分析了一种轻小型激光通信光端机的设计和应用。

The influence of dichroic beam splitter on the airborne multiband co-aperture optical system

The multiband co-aperture optical system with compact structure can achieve full and effective integration of multi-source intelligence information, which is one of the development direction of the optical system. Dichroic beam splitter is a vital optical component to make several systems with different bands share one aperture. The effect of the dichroic beam splitter on the multiband co-aperture optical system is analyzed by matrix optics method and primary aberration theory. The results indicate that the reflection angle of the dichroic beam splitter as a reflector changes imaging direction, and the wedge angle of the dichroic beam splitter as a transmission component increases some aberrations.

基于Qt和MATLAB混合编程的水下光斑目标跟踪软件设计

水下无线激光通信相比于水声、长波甚长波等传统水下无线通信手段具有明显的技术优势,而在水下特殊信道环境影响下,信号光斑易产生形变、闪烁,导致通信链路建立和维持难以进行。针对这一问题,提出了一种基于Qt和MATLAB混合编程的水下光斑目标跟踪软件设计方法,通过均值漂移(Mean shift)迭代算法实现水下目标光斑的识别和定位,采用MATLAB和Qt混合编程手段编写软件界面,搭建水箱实验平台并导入采集到的光斑序列图像。通过软件完成光斑目标识别和移动轨迹绘制,计算结果与实际光斑移动轨迹基本吻合,最大误差偏移量为7.28 pixel,验证了算法功能的有效性。