为了实现卫星光通信系统从直接探测到相干探测的升级, 本文提出了一种基于空间光到光纤混频器耦合和判决驱动锁相环的升级方案。由于指向误差会引起光纤混频器的耦合功率损耗, 因此本文将针对发射端和接收端指向误差对判决驱动锁相环最优带宽的影响进行了理论研究和仿真分析。结果表明, 判决驱动锁相环最优带宽随收发两端指向误差增加而减小, 相应的最小相位误差则随收发两端指向误差增加而增加, 两者对接收端指向误差更为敏感。
相干接收 指向误差 判决驱动锁相环 最优带宽 coherent receiver pointing error decision driven phase locked loop optimal bandwidth
分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素, 研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系, 并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度, 降低后端数字图像处理的难度, 进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。
光电跟踪 特征识别 低对比度 扩展目标 倾斜校正 绝对差分算法 photoelectric tracking feature recognition low contrast extended object tilt removal absolute difference algorithm
1 电子科技大学 航空航天学院, 成都 611731
2 中国空间技术研究院西安分院 研发中心, 西安 710100
临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明: 临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响; 如果临近空间-临近空间链路距离大于500 km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。
外差效率 相干 激光通信 大气湍流 heterodyne efficiency coherent laser communication atmospheric turbulence 强激光与粒子束
2015, 27(4): 041006
1 电子科技大学 航空航天学院, 成都 611731
2 中国空间技术研究院西安分院 研发中心, 西安 710036
在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能, 有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时, 大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱, 光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题, 基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设, 建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性, 通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁, 结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型, 从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明, 在孔径0.05 m至0.4 m之间, 实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%, 理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。
激光大气传输 闪烁 投影光学 自由空间激光通信 laser atmospheric propagation scintillation projection optics free space optical communication 强激光与粒子束
2015, 27(1): 011015
1 电子科技大学 航空航天学院, 成都 611731
2 中国空间技术研究院 西安分院 研发中心, 西安 710100
大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作, 可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理, 能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估; 在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下, 该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明, 系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言, 可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。
激光大气传输 远场光斑 投影光学 菲涅耳透镜 自由空间激光通信 laser atmospheric propagation far field speckle projection optics Fresnel lens free space optical communication 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081021
1 电子科技大学 航空航天学院，四川 成都 610504
2 中国空间技术研究院 西安分院，陕西 西安 710000
分析了星地相干激光二进制相移键控(BPSK)通信系统中自适应校正波前残差与相干效率的关系；讨论了自适应校正下相干效率和误码概率的动态特征；然后，研究了大气闪烁对相干效率和通信误码率的影响。在假设接收强度均匀分布的前提下建立了波前残差均方根值与相干效率的理论关系，采用频率直方图方法仿真了相干效率以及相应的误码概率的概率分布函数，计算了不同校正残差和闪烁条件下的通信平均误码率。结果表明：波前残差大于1 rad时，相干效率主要受波前残差影响，自适应校正性能达到衍射极限时才能获得10-8的误码率，但此时大气闪烁可能会使误码率增大两个数量级。
相干激光通信 大气湍流 自适应光学系统 波前误差 大气闪烁 误码率 coherent laser communication atmospheric turbulence adaptive optical system wavefront error atmospherical scintillation Bit Error Rate(BER)光学精密工程第22卷
1 电子科技大学航空航天学院, 成都 611731
2 北京航空航天大学仪器科学与工程学院, 北京 100083
高性能白光干涉测量技术的发展对零光程位置精确拾取提出了更高的要求。基于白光干涉光强对称分布特点设计了对称性判据, 并根据此判据和实际采样数据的离散性, 提出了一种白光干涉零光程位置拾取算法。算法分为两步: 首先, 从数据中寻找最大测量峰值, 然后搜索最大峰值附近的子峰, 利用对称性判据及其变化趋势来确定最接近的零光程位置的子峰; 接着, 由于采样点的离散性, 需要进一步对搜寻到的子峰进行局部数据拟合, 通过拟合峰值最终确定零光程干涉峰值和零光程位置。此时对称性判据还可用于评估零光程拟合位置与真实位置间距。通过实测数据处理和算法对比实验表明: 该算法能够进一步提高零光程位置辨别能力和拾取精度, 保障高性能白光干涉测量设备的超精密测试需求。
白光干涉 数据处理 精密测量 white light interference data process precise measurement
电子科技大学 空天院空天光电系统技术研究所, 四川 成都 610054
为了修正广角镜头的桶形畸变, 提出了一种基于二元二次多项式的修正方法, 阐述了其图像的像素坐标校正和像素灰度恢复方法。该方法首先用模板对广角镜头进行对准相对标定, 然后用二元二次多项式拟合畸变图像与非畸变图像像素坐标之间的规律, 最后把该方法应用于某广角镜头拍摄的图像, 并采用最小二乘法对校正效果进行评价。结果表明：在不考虑视觉系统具体参数的情况下, 该方法能够有效地对广角镜头桶形畸变进行修正。
广角镜头 桶形畸变 多项式 最小二乘法 wide-angle lens barrel distortion polynomial least squared method
北京航空航天大学,光电技术研究所,北京,100083
光相干域偏振检测技术广泛应用于保偏光纤中的偏振模式耦合测量和分析.针对保偏光纤中的多点偏振耦合情况,传统的分析方法主要有光路逐点分析和光谱相干矩阵分析,这些方法计算量大且不利于计算机实现.从光波传播特点及宽谱干涉特点出发,研究了保偏光纤中多点偏振耦合的仿真技术和方法,并编写了专用程序进行仿真.利用扫描迈克尔逊实现了多偏振模式耦合的测量,仿真数据与实验吻合.研究表明:通过上述方法能简便、准确地生成多耦合点干涉条纹.从而为保偏光纤中多点偏振模式耦合干涉的测量和分析提供了重要的工具.
光相干域偏振技术 偏振模式耦合 保偏光纤
