[发明专利]高轨卫星星地激光远场分布测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及星地激光通信领域。

背景技术

空间光通信系统中，光束的远场传输特性是一个重要的问题。尤其当光束经过大气等介 质信道时，受到了空间条件的约束，对其远场分布将会产生严重影响。对于星地激光通信等 链路，光束将在自由空间(真空)与约束空间之间进行超长距离的传输，其远场分布特性的 研究非常重要。对高轨卫星星地激光远场分布测试十分重要，目前尚没有十分有效的测试手 段，本方法主要是解决星地激光通信光信号传输四万两千公里后的光场分布测试难题。

发明内容

本发明针对空间激光通信光场分布特点，目的是完成对孔径受限系统极远光场分布特性 测试和微畸变光场的极远距离传输及分布特性测试，提出了高轨卫星星地激光远场分布测试 方法。

该方法主要解决以下两方面问题：

1)孔径受限系统极远光场分布特性测试。实际的空间光通信中的发射系统都是孔径受限 系统。经过孔径受限系统的发射光束传输到极远距离后的光场分布特性，是卫星光通信以及 深空光通信中必须要深入掌握的数据。

2)微畸变光场的极远距离传输及分布特性测试。空间光通信系统中，光学系统和光源等 的缺陷都会导致发射光场产生微小畸变。微畸变的光场在极远距离传输过程中的传输特性和 分布特性，对空间光通信系统优化设计具有重要意义。

高轨卫星星地激光远场分布测试方法，该方法是基于高轨卫星星地激光远场分布测试装 置实现的，该装置包括望远镜1、相机2、转台3和计算机4；

望远镜1安装在转台3上，且随转台3移动；相机2安装在望远镜1的物镜上；转台3 的转动信号输入输出端连接计算机4的转动信号输出输入端；相机2的拍照信号输入输出端 连接计算机4的拍照信号输出输入端；该装置包括望远镜1、相机2、转台3和计算机4；

该方法包括下述步骤：

步骤一、计算机4向转台3发送控制指令，使控制转台3移动到指定方位、指定俯仰角 度，对高轨卫星进行提前预瞄准；

步骤二、计算机4持续读取相机2中的光斑信息，并根据光斑信息计算过阈像素数和光 斑信息的灰度质心坐标；

步骤二中计算机4根据光斑信息计算过阈像素数的具体过程如下；

设定光斑信息的光斑像素指定阈值d，将光斑信息的光斑像素灰度值与光斑信息的光斑 像素指定阈值d进行比较；

若光斑信息的光斑像素灰度值>光斑信息的光斑像素指定阈值d，则计数一次；

若光斑信息的光斑像素灰度值≤光斑信息的光斑像素指定阈值d，则不计数；

对光斑信息的光斑像素灰度值>光斑信息的光斑像素指定阈值d的计数数目进行求和统计， 获得的总的计数数目，即为过域像素数；

步骤二中计算机4根据光斑信息计算光斑信息的灰度质心坐标的具体过程如下；

设定光斑信息的大小为M₁×M₂维图像，第m1行m2列像元坐标记为(x_m1,y_m2)；M₁×M₂维图像由m1行m2列像元构成；m1和m2均为整数；

其中，I(x_m1,y_m2)表示像元的质量密度，即图像上x、y处像素点的灰度值；x、y值均为 整数；

则光斑总能量W_m的表达式为：