異形光斑的高精度光束偏轉角度測量

鄒炎升，張乃元，袁輝，劉陳，劉德明

華中科技大學 光學與電子信息學院，武漢 430074

1 引言

空間光通信的通信容量大、通信速率高、傳輸距離遠、保密性好，極大地彌補了衛星微波通信的不足，是微波通信的潛在補充手段[1]。由于激光通信具有信號光束窄，發散角小的特點，因此在進行和保持通信鏈路信息的傳輸時必須保持兩終端接收機之間在一定允許誤差范圍內的光軸對準[2]。對入射光束相對目標飛行器光軸的角度進行精確測量是實現激光鏈路捕獲跟蹤的前提與關鍵，直接決定了通信終端之間的對準精度，進而影響天線的光接收效率[3-4]。在近地空間，激光光束的波前受大氣湍流的影響而變化，造成接收端探測器收到的光斑多為能量分布不規則的異形光斑[5]，而且，光斑形狀由于大氣擾動隨時間變化而發生改變。為保障空間激光通信的可靠性和通信能力，對光斑異形情況下的光束偏轉進行高精度測量必不可少。

目前，空間光通信多采用響應速度快、角度分辨率高的四象限探測器(QD)作為精跟蹤探測器[6-7]，采用電荷耦合元件(CCD)、作為粗跟蹤探測器。QD不能獲得光斑的形狀信息，適合于規則光斑情形下的光束偏轉角度測量，實際應用時通常將光斑形狀視作均勻光斑和高斯光斑進行處理[8-10]。QD測角精度受光斑形狀及光強分布的影響較大，當光斑為異形光斑時測量誤差較大，而CCD則幾乎不受光斑形狀及光強分布的影響[11]。

本文基于空間激光……