【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光通信，具體涉及基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統及通信方法。
技術介紹
1、空間激光通信具有頻帶寬、信息容量大、保密性好、抗干擾能力強、無頻譜限制、體積小、重量輕、功耗低等優點，可以滿足探測任務、天基通信網絡中日益增長的數據量需求。近年來美國、歐洲以及中國均多次實現了星間、星地之間空間激光通信技術的在軌演示驗證，空間激光通信技術已廣泛應用于國內外低軌衛星星座中。
2、空間激光通信系統中，瞄準、捕獲、跟蹤分系統是重要的組成部分，跟蹤分系統可以通過粗跟蹤和精跟蹤兩級捕跟系統，完成空間光信號的快速捕獲，并實時保證光信號穩定且高效地進入通信接收系統，實現數據的高速通信。現有空間激光通信系統中多采用轉動式的機械轉臺，通過轉臺的機械轉動實現光束的粗跟蹤捕獲，這種機械轉臺的體積、重量、功耗都比較大，占據了空間激光通信系統終端70％以上的體積、重量以及功耗和資源，同時又存在慣性大、難以拓展多用戶同時通信等問題，限制了空間激光通信終端向小型化、輕量化和靈活組網的方向發展。
3、液晶空間光調制器通過相位調制進行波束賦形，可實現非機械式的光束偏轉，具有體積小、重量輕、功耗低的特點，有望在空間激光通信中以非轉動式結構替代機械轉臺。然而目前液晶空間光調制器偏轉角度小、發射接收口徑小，難以滿足空間激光通信捕跟范圍和口徑的要求。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是解決現有技術中存在液晶空間光調制器偏轉角度小、發射接收口徑小，難以滿足空間激光通信捕跟范圍和口
2、為實現上述目的，本專利技術提供的技術解決方案如下：
3、一種基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特殊之處在于：包括沿入射光路依次設置的可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊、縮束模塊、液晶空間光調制器、精跟蹤振鏡，以及分光模塊、粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊、通信模塊和數據處理模塊；所述可調相位延遲器用于改變入射光的偏振態；液晶偏振光柵模塊用于對入射光信號進行衍射，控制其離散角度偏轉；縮束模塊用于縮小入射光口徑；液晶空間光調制器用于對縮束后的入射光進行相位調制，實現入射光角度的連續偏轉；精跟蹤振鏡用于調整經相位調制后的入射光角度；所述分光模塊設置在精跟蹤振鏡的反射光路上，用于對精跟蹤振鏡的反射光進行分光，并將其分別輸送至粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊、通信模塊，同時，將通信模塊的輸出光信號輸送至精跟蹤振鏡，再依次經過液晶空間光調制器、縮束模塊、液晶偏振光柵模塊和可調相位延遲器輸出；所述粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊分別用于接收入射光，并對其進行成像；通信模塊用于收發光信號、進行光電和電光轉換，以及信號調制解調；所述數據處理模塊分別連接粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊、可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊、液晶空間光調制器以及精跟蹤振鏡，數據處理模塊用于接收粗跟蹤模塊、精跟蹤模塊的成像，根據粗跟蹤模塊的成像向可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊、液晶空間光調制器發射反饋電壓，根據精跟蹤模塊的成像向精跟蹤振鏡發射反饋電壓。
4、進一步地，所述液晶偏振光柵模塊包括沿入射光路方向依次設置且偏轉方向相互垂直的第一液晶偏振光柵組件和第二液晶偏振光柵組件。
5、進一步地，所述第一液晶偏振光柵組件包括n層液晶偏振光柵，n層液晶偏振光柵的偏轉角度倍數從縮束模塊到可調相位延遲器的方向依次為1、3、……、(2n-1)倍，其中，1≤n≤6；
6、所述第二液晶偏振光柵組件包括m層液晶偏振光柵，m層液晶偏振光柵的偏轉角度倍數從縮束模塊到可調相位延遲器的方向依次為1、3、……、(2m-1)倍，其中，1≤m≤6。
7、進一步地，還包括三角反射鏡，三角反射鏡包括第一反射面和第二反射面；
8、所述第一反射面位于縮束模塊和液晶空間光調制器之間，第二反射面位于液晶空間光調制器和精跟蹤振鏡之間；
9、所述縮束模塊、精跟蹤振鏡同軸設置，三角反射鏡位于其中心軸線上。
10、進一步地，所述分光模塊包括第一分光鏡、第二分光鏡、第三分光鏡，第一分光鏡設置在精跟蹤振鏡的反射光路上，對精跟蹤振鏡的反射光進行反射和透射，所述粗跟蹤模塊設置在第一分光鏡的透射光路上；
11、所述第二分光鏡設置在第一分光鏡的反射光路上，對第一分光鏡的反射光進行反射和透射；所述第三分光鏡設置在第二分光鏡的透射光路上，對第二分光鏡的透射光進行反射和透射；
12、所述通信模塊設置在第二分光鏡和第三分光鏡的反射光路上；所述精跟蹤模塊設置在第三分光鏡的透射光路上。
13、進一步地，所述粗跟蹤模塊包括依次設置的粗跟蹤耦合光學組件和粗跟蹤相機；粗跟蹤耦合光學組件用于將光束聚焦到粗跟蹤相機光敏面上，形成光斑，粗跟蹤相機對其成像并輸出至數據處理模塊；
14、所述精跟蹤模塊包括依次設置的精跟蹤耦合光學組件和精跟蹤相機；精跟蹤耦合光學組件用于將光束聚焦到精跟蹤相機光敏面上，形成光斑，精跟蹤相機對其成像并輸出至數據處理模塊。
15、進一步地，所述通信模塊包括接收耦合光學組件、發射耦合光學組件以及光通信收發機，發射耦合光學組件設置在第二分光鏡的反射光路上，光通信收發機的輸出光通過發射耦合光學組件準直透射至第二分光鏡，由其反射后經第一分光鏡反射至精跟蹤振鏡；
16、所述接收耦合光學組件設置在第三分光鏡的反射光路上，對應光通信收發機的輸入端設置，將第三分光鏡的反射光聚焦至光通信收發機的輸入端。
17、進一步地，所述粗跟蹤相機為ccd、cmos紅外相機或四象限探測器；
18、所述精跟蹤相機為ccd、cmos紅外相機或四象限探測器；
19、所述縮束模塊的縮束比例n為8-10，所述可調相位延遲器和液晶偏振光柵模塊的口徑均是液晶空間光調制器的n倍。
20、同時，本專利技術還提供一種基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信方法，基于上述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特殊之處在于，包括以下步驟：
21、s1.根據接收的通信目標初始位置和自身初始位置信息，數據處理模塊分析初始偏轉角度，并將角度信息轉化為電壓控制信息，分別加載到可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊和液晶空間光調制器上；
22、s2.可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊和液晶空間光調制器在電壓控制信息的作用下，使通信目標發射的激光光束或信標光入射并進行偏轉，由粗跟蹤模塊接收并對其進行成像；
23、s3，數據處理模塊接收粗跟蹤模塊的成像，檢測其上光斑質心的脫靶量信息，判斷其是否符合以下條件：
24、光斑質心與粗跟蹤模塊的中心像元之間的距離≤1像素；
25、如符合，完成粗跟蹤，進入下一步；
26、如不符，則根據光斑質心的脫靶量信息計算對應需要偏轉的角度，將這一角度分解為可調相位延遲器、液晶偏振光柵模塊和液晶空間光調制器對應的角度和相應的電壓控制信息，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
2.根據權利要求1所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
3.根據權利要求2所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
4.根據權利要求3所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
5.根據權利要求1-4任一所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
6.根據權利要求5所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
7.根據權利要求6所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
8.根據權利要求7所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
9.一種基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信方法，基于權利要求1-8任一所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于，包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
2.根據權利要求1所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
3.根據權利要求2所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
4.根據權利要求3所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：
5.根據權利要求1-4任一所述基于液晶相位調控器件的非轉動式空間激光通信系統，其特征在于：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝小平，孫名揚，高鐸瑞，汪偉，何明澤，賀應紅，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：
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