CN104506263A - 复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***，构建多种信道环境下激光传输特性的模拟仿真与测试***，将激光在多种信道中传输特性模拟、仿真和测试***进行综合集成，加快激光类高技术装备工程化应用的进程；以激光传输特性模拟、仿真与测试***为基础，建成一个在激光信道传输特性模拟、仿真与测试技术领域有一定影响的激光信道传输特性研究平台；利用信道环境模拟和仿真深入研究信道环境特征及其模型，优化激光类高技术装备***设计，提高激光类应用设备对复杂信道条件适应能力，探索提高激光传输特性的方法与途径。

Description

复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***

技术领域

本发明提供一种复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***，属于激光通讯技术领域。

技术背景

大气、海水和空间信道环境的动态和静态物理特性对激光类高技术***的性能产生影响，由于信道传输及介质的吸收、散射、湍流等影响，激光束在传输过程中将出现衰减、闪烁、偏移、强度和相位起伏等现象，使激光传输特性、光束质量受到影响。

在复杂环境下激光传输特性仿真、模拟与综合测试方面，在国外，50年代以来，为了适应兵器、航空和航天产品的发展，先后建立了各类不同规模的环境模拟设备，如英国皇家陆军科学研究院车辆环境实验室、维也纳国际车辆研究试验中心的机车和车厢静动态环境试验设备、美国阿伯丁试验场兵器环境试验设备、法国图鲁兹航空研究中心高空模拟设备、美国格鲁门公司及波音公司的高空试验舱、美国NASA约翰逊空间中心的大型空间环模设备和日本筑波空间环模舱等。

国内开展相对滞后，目前开展光电武器装备性能室内考核的手段和方法在国内还不是十分完备，激光通信、激光压制、激光测距***等激光类高技术装备在大气及其它信道环境中的工作性能仿真，目前都是针对单一平台、单一信道、单一型号产品进行研究，没有建立完整的从搭载平台多样化，经过复杂信道，最终综合分析仿真多种型号产品的测试链路。

传统研究激光传输特性多以计算机仿真为主或外场测试为主。传统激光传输特性仿真、模拟与综合测试***，半实物仿真以单一信道、单一参数模拟为主，测量参数单一，可适用的范围小，不可定量定性分析。

发明内容

本发明提供一种复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***，具有激光传输特性测量功能多，可适用的范围广，可定量定性分析等特点。

本发明公开的复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***，其特征在于：

主要由激光发射装置、振动模拟装置、复杂环境模拟装置、激光接收装置、计算机***、稳定平台装置及两个稳定平台并联组成；激光发射装置、振动模拟装置、复杂环境模拟装置、激光接收装置依次排列，激光发射装置和振动模拟装置放置在稳定平台上，激光接收装置放置在稳定平台上，激光发射装置和激光接收装置放置在复杂环境模拟装置的两侧；

所述的激光发射装置由可变波长及功率可调的激光器、可变速率的激光调制器、可变发散角的光学***组成，三者同轴依次排列，可变波长及功率可调的激光器出射光束，入射到可变速率的激光调制器中，经可变速率的激光调制器调制的光束入射到可变发散角的光学***后准直扩束发射；

所述的振动模拟装置由振镜及振镜控制***组成，振镜控制***通过电压信号控制振镜振动，经可变发散角的光学***出射的光束由振镜反射后发出，进入到复杂环境模拟装置；

所述的复杂环境模拟装置由三种信道模拟装置，平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置、蓄水池海水信道环境模拟装置、太空模拟装置及控制装置组成，根据模拟不同信道的要求，选择平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置、蓄水池海水信道环境模拟装置、太空模拟装置中的一个开始工作，光束经过复杂环境模拟装置后出射，

所述的激光信号探测装置由分光镜、分光镜、多波长、宽带、高灵敏度光电探测器）、示波器、误码仪参数测试器件组成，分光镜、分光镜将光束分成三路光，分别由光电探测器、示波器、误码仪进行接收；

所述的计算机***由计算机控制***、复杂环境仿真数据库***、测试结果分析显示***组成，激光信号探测装置探测的信号输入给计算机***，由测试结果分析显示***进行结果分析与显示，处理完的数据录入到复杂环境仿真数据库***，不同信道的模拟与参数控制由计算机控制***处理。

本发明***的工作过程如下:

首先由操作人员通过计算机***输入模拟环境的参数、测试参数等指令，选取相关装置与模拟条件；通过复杂环境模拟装置输入***参数，启动信道模拟***；激光发射装置发射激光，经过振动模拟装置后射向信道环境模拟装置；激光信号探测装置探测经过复杂环境模拟装置的激光信号，并将数据传送给计算机***；计算机*** 显示激光传输信道的模拟结果，并进行分析及储存激光在信道中的传输特性。

本发明的积极效果在于: 构建多种信道环境下激光传输特性的模拟仿真与测试***，将激光在多种信道中传输特性模拟、仿真和测试***进行综合集成，加快激光类高技术装备工程化应用的进程；以激光传输特性模拟、仿真与测试***为基础，建成一个在激光信道传输特性模拟、仿真与测试技术领域有一定影响的激光信道传输特性研究平台；利用信道环境模拟和仿真深入研究信道环境特征及其模型，优化激光类高技术装备***设计，提高激光类应用设备对复杂信道条件适应能力，探索提高激光传输特性的方法与途径。

附图说明

图1为本发明复杂环境下激光传输仿真模拟及综合测试***框图；

图2为平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置框图；

图3为蓄水池海水信道环境模拟装置框图；

其中，1、激光发射装置；11、可变波长及功率可调的激光器；12、可变速率的激光调制器；13、可变发散角的光学***；2、振动模拟装置；21、振镜；22、振镜控制***；3、复杂环境模拟装置；311、平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置；312、蓄水池海水信道环境模拟装置；313、太空模拟装置；32、控制装置；4、激光接收装置；411、分光镜；412、分光镜；421、多波长、宽带、高灵敏度光电探测器；422、示波器；423、误码仪；5、计算机***；51、计算机控制***；52、复杂环境仿真数据库***；53、测试结果分析显示***；6、稳定平台装置；61、62、光学稳定平台；71、长方形箱体；72、冷却面；73、加热面；74、温度采集***；732、控制装置；75、窗口；81、池体；82、进水口；83、出水口；832、控制装置；84、液面采集***；85、池口。

具体实施方式

实施例 1:

根据图1所示，本发明由激光发射装置1、振动模拟装置2、复杂环境模拟装置3、激光接收装置4、计算机***5、稳定平台装置6等六部分组成；其中，激光发射装置1由可变波长及功率可调的激光器（THORLABS公司的TLK-L800M）11、可变速率的激光调制器（泰克公司的EO-AM-NR-C1）12、可变发散角的光学***（PELCO-13M系列的百万像素可变焦距镜头）13组成，三者同轴依次排列，激光器11出射光束，入射到可变速率的激光调制器12中，经可变速率的激光调制器12调制的光束入射到准直扩束光学***13后准直扩束发射；振动模拟装置2由PI公司的S-325PZT振镜21及振镜控制***22组成，振镜控制***22通过电压信号控制振镜21振动，经光学***13出射的光束由振镜21反射后发出，进入到复杂环境模拟装置3；复杂环境模拟装置3由三种信道模拟装置，平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置311、蓄水池海水信道环境模拟装置312、太空模拟装置（北京易盛泰和公司的真空热试验罐）313及控制装置32组成，控制装置32将平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置311、蓄水池海水信道环境模拟装置312、太空模拟装置313的上位机部分集成在一起，由控制装置32统一控制，选择不同的模拟信道，输入模拟信道的模拟参数等，根据模拟不同信道的要求，光束分别经过复杂环境模拟装置中的平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置311、蓄水池海水信道环境模拟装置312、太空模拟装置313后出射。激光信号探测装置4由分光镜（Thorlabs-SL-800M）411、分光镜（Thorlabs-SL-800M）412、多波长、宽带、高灵敏度光电探测器（Thorlabs-PDA8GS）421、示波器（Tektronix-DPO/DSA70000B）422、误码仪（Tektronix-BERTScope）423等参数测试器件组成，分光镜411、分光镜412将光束分成三路光，分别由光电探测器421、示波器422、误码仪423进行接收。计算机***5由Dell-XPS One 2720计算机控制***51、复杂环境仿真数据库***52、测试结果分析显示***53组成，激光信号探测装置4探测的信号输入给计算机***5，由测试结果分析显示***53进行结果分析与显示，处理完的数据录入到复杂环境仿真数据库***52，不同信道的模拟与参数控制由计算机控制***51处理。稳定平台装置6由江西连胜公司的ZDT光学稳定平台61及光学稳定平台62组成。

参见图2所示，所述的平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置311是由密闭的长方形箱体71，两侧设有窗口75；长方形箱体71的顶部设有冷却面72，其底部设有加热面 73，温度采集***74和控制装置732分别与冷却面72、加热面 73电气连接实现实时测量与控制；首先在控制装置732上输入要模拟信道的参数，控制装置732计算出产生大气湍流所需的温差，输出加热、制冷控制信号，加热面73开始加热，冷却面72 开始制冷，温度采集***74实时采集温度，当冷却面72和加热面73的温度差达到所需的温度时，停止加热和制冷，此时形成大气湍流。

参见图3所示，所述的蓄水池海水信道环境模拟装置312是由密闭的长方形池体81、进水口82、出水口 83、液面采集***84和控制装置832及池口85组成，池体81上设有进水口82、出水口 83，控制装置832与进水口82、出水口 83电气连接，控制其进出水；液面采集***84设置在池体81内，实时测量液面高度，计算蓄水量；首先在控制装置832上输入要模拟信道的参数，控制装置832计算出模拟海水信道所需的水量，打开进水口加水，液面采集***84实时采集液面高度计算出当前水量，当水量达到所需时，停止进水，此时形成海水信道，若水量超过所需时，打开出水口放水，液面采集***84实时采集液面高度计算出当前水量，当水量达到所需时，停止放水。

由操作人员通过计算机***5输入模拟环境的参数、测试参数等指令，选取相关装置与模拟条件；通过信道环境模拟装置3输入***参数，启动信道模拟***；激光发射装置1发射激光，经过振动模拟装置2后射向信道环境模拟装置3；激光信号探测装置4探测经过信道环境模拟装置3的激光信号，并将数据传送给计算机***5；计算机***5 显示激光传输信道的模拟结果，并进行分析及储存激光在信道中的传输特性。

Claims (1)

1.一种复杂环境下激光传输仿真模拟与综合测试***，其特征在于：

主要由激光发射装置（1）、振动模拟装置（2）、复杂环境模拟装置（3）、激光接收装置（4）、计算机***（5）、两个稳定平台（61）、（62）并联组成；激光发射装置（1）、振动模拟装置（2）和激光接收装置（4）分别装置在稳定平台（61）、（62）上；

所述的激光发射装置（1）由可变波长及功率可调的激光器（11）、可变速率的激光调制器（12）、可变发散角的光学***（13）组成，三者同轴依次排列，可变波长及功率可调的激光器（11）出射光束，入射到可变速率的激光调制器（12）中，经可变速率的激光调制器（12）调制的光束入射到可变发散角的光学***（13）后准直扩束发射；

所述的振动模拟装置（2）由振镜（21）及振镜控制***（22）组成，振镜控制***（22）通过电压信号控制振镜（21）振动，经可变发散角的光学***（13）出射的光束由振镜（21）反射后发出，进入到复杂环境模拟装置（3）；

所述的复杂环境模拟装置（3）由三种信道模拟装置，平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置（311）、分层式蓄水池海水信道环境模拟装置（312）、太空模拟装置（313）及控制装置（32）组成，根据模拟不同信道的要求，光束经过复杂环境模拟装置（3）中的平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置（311）、分层式蓄水池海水信道环境模拟装置（312）、太空模拟装置（313）后出射；其中，平行平板间冷热空气对流式大气湍流模拟装置（311）是由密闭的长方形箱体（71），两侧设有窗口（75）；长方形箱体（71）的顶部设有冷却面（72），其底部设有加热面（73），温度采集***（74）和控制装置（732）分别与冷却面（72）、加热面（73）电气连接实现实时测量与控制；所述的蓄水池海水信道环境模拟装置（312）是由密闭的长方形池体（81）、进水口（82）、出水口（83）、液面采集***（84）和控制装置（832）组成，池体（81）上设有进水口（82）、出水口（83）及池口（85），控制装置（832）与进水口（82）、出水口（83）电气连接，控制其进出水；液面采集***（84）设置在池体（81）内，实时测量液面高度，计算蓄水量；

所述的激光信号探测装置（4）由分光镜（411）、分光镜（412）、多波长、宽带、高灵敏度光电探测器（421）、示波器（422）、误码仪（423）参数测试器件组成，分光镜（411）、分光镜（412）将光束分成三路光，分别由光电探测器（421）、示波器（422）、误码仪（423）进行接收；

所述的计算机***（5）由计算机控制***（51）、复杂环境仿真数据库***（52）、测试结果分析显示***（53）组成，激光信号探测装置（4）探测的信号输入给计算机***（5），由测试结果分析显示***（53）进行结果分析与显示，处理完的数据录入到复杂环境仿真数据库***（52），不同信道的模拟与参数控制由计算机控制***（51）处理。