[发明专利]空间激光通信远场模拟地面测试装置及测试方法

说明书

本发明提供一种空间激光通信远场模拟地面测试装置及测试方法。本发明的测试装置包括光终端A/B以及远场模拟计算机；光终端A/B通过1:1光分路器产生终端A/B光功率放大输入信号与远场仿真光路输入信号；在光终端A/B出瞳处CMOS相机A/B检测终端A/B发送光轴的偏移量；通过可控光衰减器A/B对空间光轴偏离角按指数衰减特性进行精确仿真。对数控衰减之后的光信号通过光合路器A/B加入了空间背景杂光；然后由多个反射镜入射到终端B/A前端的振镜处，由该振镜对卫星微振动环境进行仿真；通过独立远场仿真光路保证到达接收端B/A的光轴指向不变。本发明保证了测试结果的一致性与可重复性。

技术领域

本发明涉及一种空间激光通信远场模拟地面测试装置及测试方法，可对空间光远场特性、异轨间光轴提前量、空间背景光、卫星微振动等复杂环境进行高精度的数控模拟，属于空间激光通信领域。

背景技术

空间激光通信是实现几千公里到上万公里最为有效的宽带通信手段，但在空间远距离通信环境与地面近距离测试环境下激光通信终端显示出完全不一样的测试结果。其主要原因是实际通信环境下的远场与地面测试中的近场对激光通信终端中APT光轴位置影响存在较大差异。

对于远距离太空中的两个激光通信终端，每一个终端接收光信号的光轴指向是两个终端中心的连接方向，而与发送终端光轴的调整无关。激光通信的束散角很小，一般从十几urad到几十urad，这样即使经过远距离的空间传输在接收端的光斑也很小：一般从几十米到上百米。在发送终端进行光轴调整时会导致接收端能量产生变化。

而对于地面两个近距离的激光通信终端，由于极小的束散角，近场中的光斑在传输时尺寸变化很小。这样当发射终端的发送光轴进行调整时，进入接收终端的光束大小与能量几乎保持不变。同时，由于发送终端的光轴调整，在接收终端马上就会检测出这种变化。

这种远场影响是与APT系统误差与通信距离密切相关，为了保证APT双向稳定跟踪一般要求APT跟踪误差小于（其中为发射光的束散角全角）。如附图1所示，在远场情况下一般要求接收端天线口径与两终端间距离比值应远小于APT的跟踪误差：

上式中：

D为接收端天线口径；

λ为通信波长；

l为两激光通信终端的距离。

也就是要求终端的通信距离满足下式时才能认为是远场传输：

在实际中按上式10倍的关系作为近场与远场的界线l_min，此时有：

对于目前较常用的激光通信终端参数：终端口径为D=80mm，通信波长为λ=1500nm时，要求l_min=135Km。

因而，在实验室或近距离双向测试与空间远距离的实际情况完全不相同。为了在地面验证空间激光通信远场环境下的实际跟瞄与通信结果，一般会在野外寻找有一定高度的山峰，在这一地面环境下进行远场实验。但在这种情况下，大气对激光能的影响：大气的湍流、吸收等又非常严重，会造成在接收端探测器上光斑的闪烁。这一环境又与空间激光通信的实际环境存在非常大的区别。