专利名称：基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统及信号光入射角度探测方法
技术领域：
本发明涉及一种变视域高精度入射角度探测系统及探测方法。
背景技术：
在空间光通信系统工作时，瞄准与捕获过程要求终端入射光角度探测系统具有大 视域的特点，而对入射光角度探测精度要求较低；跟踪过程要求该系统对入射光角度探测 精度高，而视域要求较小。目前的空间光通信终端入射光角度探测系统视域固定，角度探测 精度固定，不能同时满足以上两点要求，只能进行一定程度的折中。

发明内容
本发明是为了解决现有的空间光通信终端入射光角度探测系统视域固定和角度 探测精度固定导致无法兼顾瞄准、捕获过程中大视域探测及跟踪过程中高精度探测的问 题，从而提供一种基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统及信号光入射角 度探测方法。基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统，它包括望远物镜、变焦 目镜、精瞄镜、成像透镜组、CXD探测器和跟瞄控制系统；CCD探测器的探测信号输出端与跟瞄控制系统的探测信号输入端连接，跟瞄控制 系统的变焦控制信号输出端与变焦目镜的变焦控制信号输入端连接，跟瞄控制系统的精瞄 控制信号输出端与精瞄镜的精瞄控制信号输入端连接；望远物镜将入射的信号光聚焦至变焦目镜，并经变焦目镜透射至精瞄镜，透射光 经精瞄镜反射至成像透镜组，反射光经成像透镜组聚焦至CCD探测器的探测面。基于上述系统的信号光入射角度探测方法，跟瞄控制系统调整变焦目镜的焦距为f。，使探测系统的视域最大，实现对信号光 的瞄准和捕获；在瞄准和捕获之后，精瞄控制系统控制精瞄镜偏转，使入射光在C⑶探测器的中 心成像，系统进入跟踪过程跟瞄控制系统控制变焦目镜的焦距为f。/i3，并使变焦目镜的 焦点与望远物镜的焦点重合，实现对入射光的跟踪，进而获得信号光的入射角度；所述β为大于1的实数。信号光的入射角度包括信号光在方位方向的入射角度和对信号光在俯仰方向的 入射角度信号光在方位方向的入射角度α为
权利要求
1.基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统，其特征是它包括望远物 镜(1)、变焦目镜(2)、精瞄镜(3)、成像透镜组⑷、CCD探测器(5)和跟瞄控制系统(6)；CXD探测器( 的探测信号输出端与跟瞄控制系统(6)的探测信号输入端连接，跟瞄控 制系统(6)的变焦控制信号输出端与变焦目镜O)的变焦控制信号输入端连接，跟瞄控制 系统(6)的精瞄控制信号输出端与精瞄镜(3)的精瞄控制信号输入端连接；望远物镜(1)将入射信号光聚焦至变焦目镜O)，并经变焦目镜( 透射至精瞄镜 (3)，透射光经精瞄镜C3)反射至成像透镜组G)，反射光经成像透镜组(4)聚焦至CCD探测 器(5)的探测面。
2.根据权利要求1所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的 信号光入射角度探测方法，其特征是跟瞄控制系统(6)调整变焦目镜(2)的焦距为f。，使 探测系统的视域最大，实现对信号光的瞄准和捕获；在瞄准和捕获之后，精瞄控制系统(6)控制精瞄镜C3)偏转，使入射光在CXD探测器 (5)的中心成像，系统进入跟踪过程跟瞄控制系统(6)控制变焦目镜(2)的焦距为f。/i3， 并使变焦目镜⑵的焦点与望远物镜⑴的焦点重合，实现对入射光的跟踪，进而获得信号 光的入射角度；β为大于1的实数。
3.根据权利要求2所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的 信号光入射角度探测方法，其特征在于信号光的入射角度包括信号光在方位方向的入射角 度和对信号光在俯仰方向的入射角度信号光在方位方向的入射角度α为(Xl-XO)a --F信号光在俯仰方向的入射角度β为 F式中(Χ0，Υ0)是当信号光入射角为0°时CXD探测器(5)上的位置坐标；(XI，Yl)是 当前信号光在CCD探测器( 上的位置坐标；F为系统总焦距。
4.根据权利要求2所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的 信号光入射角度探测方法，其特征在于CCD探测器( 在瞄准和捕获过程下的探测视域θ i 为式中m是方形CCD探测器像元行数，d是方形像元的边长，fw是望远物镜(1)的焦距， fx是成像透镜组的焦距。
5.根据权利要求2所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的 信号光入射角度探测方法，其特征在于CCD探测器( 在瞄准和捕获过程下入射平行光束 的入射角的探测精度Δ 9工为AOl=Cl^-。fw fI
6.根据权利要求2所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的信号光入射角度探测方法，其特征在于CCD探测器(5)在跟踪过程下的探测视域θ2为
7.根据权利要求2所述的基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统的信号光入射角度探测方法，其特征在于CCD探测器(5)在跟踪过程下的入射平行光束的入 射角的探测精度Δ 02为
全文摘要
基于变焦目镜的变视域高精度信号光入射角度探测系统及信号光入射角度探测方法，涉及一种视域变调高精度入射光角度探测系统及探测方法。它解决了现有探测系统在瞄准、捕获、跟踪过程中视域固定、精度固定的问题，既满足了系统在瞄准、捕获过程中大视域的要求，也满足了系统在跟踪过程中高探测精度的要求。其系统望远物镜将信号光聚焦至变焦目镜，并经变焦目镜透射至精瞄镜，透射光经精瞄镜反射至成像透镜组，反射光经成像透镜组聚焦至CCD探测器的探测面。其方法跟瞄控制系统调整变焦目镜的焦距为fc，实现对信号光的瞄准和捕获；调整焦距为fc/β，实现对入射光的跟踪；从而实现对信号光的入射角度的探测。本发明适用于对信号光光束入射角度的探测。
文档编号G01C1/00GK102095404SQ20101061117
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者于思源, 俞建杰, 杨玉强, 谭立英, 赵生, 韩琦琦, 马晶 申请人:哈尔滨工业大学