CN117155469A - 激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端，第一激光终端接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜校正信标光接收光轴；调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的第二激光终端发射的信号光的光功率，计算初始接收光轴的接收偏移量，基于接收偏移量，校正信号光接收光轴；将检测到的第二光功率发送至第二激光终端，第二光功率是第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使第二激光终端校正信号光发射光轴。从而通过双星配合实现了光轴校正，能够保证收发光轴的同轴度并提高光轴校正效率。

Description

激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，特别是涉及激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端。

背景技术

卫星光通信设备通常采用地面站进行在轨标定，借助地面站大口径望远镜的优势，在夜间可以直接对卫星目标进行跟踪观测，同时发射信标光激光始终覆盖星上终端，星上终端接收地面信标光后可以通过信号光探测器标定自身的接收光轴位置，但是无法校正自身发射光轴与自身接收光轴的同轴度。并且，建立激光通信地面站本身成本高昂，且只能在夜间进行接收光轴的位置标定，无法校正终端自身收发光轴的同轴度。

目前，能够在不借助地面站的情况下实现卫星通信设备的在轨标校的方案包括以下两种：

方案一：在卫星的通信收发器上安装标校反射器，结合标校反射器，通过发送指令和判读遥测的方式进行自身收发光轴同轴度的标校。

方案二：借助激光星间链路的激光通信数据帧进行双端接收探测器能量的相互传输，并通过两个卫星激光终端的相互配合分别自动调整超前瞄机构来实现两颗卫星激光终端信号收发光轴的自动标校。

然而，方案一主要进行了卫星激光终端的自标校，并未进行双星间的配合标校，由于激光收发光轴会随着CPA(Coarse Pointing Assembly，粗指向机构)的方位轴和俯仰轴角度变化而变化，因此不能确保实际建链中卫星激光终端的收发光轴同轴度，且该方案在内部结构实现上的复杂度较高。方案二则前提条件过于苛刻，需要在两个激光终端已经建立起低速的通信后才能实施，且校正过程中每一次扫描点的变更都需要通过通信数据帧进行实时反馈，效率较低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端，以保证收发光轴的同轴度并提高光轴校正效率。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种激光终端的光轴标校方法，包括：

接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

可选的，所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描之后，还包括：

判断在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间是否检测到所述信号光；

若是，执行所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量；

或，

若否，指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，返回所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，直至在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到所述信号光。

可选的，所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，包括：

根据在扫描期间的第一时刻和第二时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第一方向上的偏移量；

根据在扫描期间的第三时刻和第四时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第二方向上的偏移量；所述第一方向与所述第二方向正交；

根据所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在所述第一方向和所述第二方向上的偏移量，确定所述第一接收偏移量。

可选的，基于下式计算所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量：

其中，ρ_x为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在x轴方向上的分量，ρ_y为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在y轴方向上的分量，ω₀为所述第一激光终端的信号光接收光纤的模场半径，a为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描半径，P_S为所述第一光功率/所述第二光功率，T为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描周期。

可选的，基于如下方式确定所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的第一光功率：

基于电流值和光功率之间的映射关系，将信号光探测器在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率；

基于如下方式确定所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间检测到的第二光功率：

基于所述映射关系，将所述信号光探测器在所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率。

可选的，所述电流值和光功率之间的映射关系满足下式：

其中，I_S(t)为t时刻所述信号光探测器输出的电流值，R为所述信号光探测器的响应度，P_S为所述光功率，P_L为本振光功率，ω_IF为外差频率，θ_S(t)为信号在t时刻的符号相位。

可选的，所述指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，包括：

指示所述第二激光终端调整所述超前瞄准镜以使所述信号光发射光轴进行螺旋扫描。

可选的，所述方法还包括：

向所述第二激光终端发射信标光，以使所述第二激光终端基于粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

指示所述第二激光终端调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第二初始接收光轴进行圆形扫描，以使第二激光终端根据在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，计算所述第二初始接收光轴相较于第二基准接收光轴的第二接收偏移量，并基于所述第二接收偏移量校正所述第二激光终端的信号光接收光轴；

调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第二初始发射光轴进行圆形扫描，获取所述第二激光终端在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，并基于获取到的光功率，计算所述第二初始发射光轴相较于第二基准发射光轴的第二发射偏移量，并基于所述第二发射偏移量校正所述第一激光终端的信号光发射光轴。

可选的，所述第一激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路，所述第二激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路。

第二方面，本发明实施例提供了一种激光终端，包括：天线、粗跟踪镜、超前瞄准镜、精跟踪镜、信标光接收光轴校正单元、信号光接收光轴校正单元、通信单元；

所述天线用于接收对端激光终端发射的激光，所述激光为信标光或信号光；

所述信标光接收光轴校正单元，用于调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

所述信号光接收光轴校正单元，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的对端激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

通信单元，用于将第二光功率发送至所述对端激光终端，所述第二光功率是所述对端激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述对端激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

可选的，还包括：

反射镜、合束镜、分光镜、校准相机、接收准直器、信号光探测器、发射光源；

所述天线接收的信标光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜到达所述校准相机；

所述天线接收的信号光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜、所述精跟踪镜到达所述接收准直器；所述信号光探测器连接所述接收准直器；

所述信标光接收光轴校正单元，具体用于通过调整所述粗跟踪镜，以使所述信标光接收光轴对准所述校准相机的靶心区域；

所述信号光探测器用于检测经所述接收准直器传输的信号光的光功率，并将检测到的光功率发送至所述信号光接收光轴校正单元和/或通信单元；

所述发射光源用于发射信号光；所述发射光源发射的信号光依次经过所述超前瞄准镜、所述合束镜、所述粗跟镜、所述反射镜到达所述天线，并通过所述天线发送至所述对端激光终端。

可选的，还包括：

独立信标光发射单元，用于向所述对端激光终端发射信标光。

第三方面，本发明实施例提供了一种激光终端的光轴标校装置，包括：

第一校正模块，用于接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

第二校正模块，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

第三校正模块，用于将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法、装置及激光终端，先由第一激光终端接收第二激光终端发射的信标光，通过调节粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正。再由第一激光终端接收第二激光终端发射的信号光，并通过调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于扫描期间检测到的光功率推算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光接收光轴进行校正。然后由第二激光终端通过调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描，并由第一激光终端将扫描期间检测到的光功率发送至第二激光终端，第二激光终端基于接收到的光功率推算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光发射光轴进行校正。

可见，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法通过双星之间的配合来实现光轴标校，从而在实际建链中能够保证卫星激光终端的收发光轴同轴度。

并且，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法可以与双星之间的光信号建链流程同步进行，也可以在通信的过程中实时进行，能够有效提升卫星建链和光轴标校的效率，且能够实现全时段的光轴标校。

此外，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法利用了常规卫星激光终端内配置的粗跟踪镜、精跟踪镜、超前瞄准镜来实现光轴标校，不需要对卫星激光终端的结构作出改动，方案便于实现，并具体通过对信号光收发光轴、信号光接收光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端卫星数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的激光终端的收发光路的示意图；

图3是本发明实施例提供的光纤端面的示意图；

图4是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法的示意图；

图5是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解，先对本发明的应用场景进行介绍。

对于卫星激光终端而言，激光终端内部光学***的收发光轴的同轴度对于激光终端之间的通信有着重要作用，光学***的收发同轴度决定了激光终端之间是否能够正常捕获对方发射的光信号、从而决定了激光终端之间是否能够建立起通信链路。

在实际应用中，激光终端的光轴通常在地面经过了预先标定，但随着卫星的发射，入轨导致的震动和实际运行过程中受到的干扰可能会导致光轴方向发生偏移，从而对激光终端之间的通信过程造成影响。因此，光轴的在轨标校是激光终端在轨运行期间实现光信号捕获、建立正常通信链路的首要任务。

为了解决现有的激光终端的光轴标校方法存在的不能保证收发光轴的同轴度及光轴校正效率的问题，本发明实施例提供了一种激光终端的光轴标校方法，图1是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法的流程图，参见图1，该方法具体包括以下步骤：

步骤S101：接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正。

在本发明实施例中，第二激光终端需要向第一激光终端发射信标光，第一激光终端对这一信标光进行接收。

接收到第二激光终端发射的信标光后，第一激光终端通过粗跟踪镜对信标光接收光轴的方向进行调整，以实现信标光接收光轴的校正。

具体的，本发明实施例中涉及的粗跟踪镜、精跟踪镜及超前瞄准镜均是激光终端内配置的用于调整光束方向的结构，通过调节这些结构，即可实现对激光终端中光轴方向的调整。

在本发明实施例中，为了保证标校效果，信标光接收光轴的校正具体可以借助第一激光终端内配置的校准相机实现。第一激光终端接收到第二激光终端发射的信标光之后，信标光接收光轴具体会指向该校准相机，通过调节粗跟踪镜，使信标光接收光轴对准校准相机上的靶心区域，即可实现信标光接收光轴的校正。其中，靶心区域具体是在校准相机上预先标定的。

应当理解，本发明实施例以第一激光终端和第二激光终端之间完成信标光捕获为前提，从而能够保证第一激光终端顺利接收到第二激光终端发射的信标光，并基于接收到的信标光进行信标光接收光轴的校正。关于如何实现激光终端之间的信标光捕获，可以参考相关技术中的内容。

此外，在本发明实施例中，完成第一激光终端和第二激光终端之间的信标光捕获之后，第一激光终端和第二激光终端之间的信号光建链和对于光轴的校正可以同步进行。

为了便于理解，下面结合具体的示例对本发明实施例进行说明，图2是本发明实施例提供的激光终端的收发光路的示意图，若第一激光终端采用图2中示出的收发结构，则第一激光终端的信标光接收光路依次经过天线、45°转镜、粗跟踪镜、合束镜、分光镜和校准相机。在该示例中，通过调节粗跟踪镜，即可使信标光接收光轴对准校准相机上的靶心区域，完成对于信标光接收光轴的校正。

步骤S102：调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于第一接收偏移量，校正信号光接收光轴。

在第一激光终端完成对于信标光接收光轴的校正之后，第二激光终端需要向第一激光终端发射信号光，第一激光终端基于接收到的信号光进行信号光接收光轴的校正。

在第二激光终端向第一激光终端发射信号光期间，第一激光终端可以通过调整精跟踪镜来控制信号光接收光轴的方向，以使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描。其中，第一初始接收光轴，也可以理解为进行激光终端的光轴标校之前，激光终端当前的信号光接收光轴。

具体的，第二激光终端发射的信号光在进入第一激光终端的光学接收***之后，会在其光纤端面形成光斑。在第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间，第一激光终端接收到的信号光在光纤端面上构成的光斑圆心的运动轨迹具体为圆形。图3是本发明实施例提供的光纤端面的示意图，参见图3，其中的坐标系具体以光纤端面的中心位置，也就是光纤纤芯的中心位置为圆心。在第一激光终端的信号光接收光轴进行圆形扫描期间，光斑的圆心在光纤端面上的运动轨迹如图中的虚线所示，可以看出，这一轨迹具体为圆形，图中示意出的光斑具体为该轨迹中的A位置对应的光斑。

在第一激光终端的第一初始接收光轴与第一基准接收光轴(即预先标定的信号光接收光轴)一致时，光斑具体会位于光纤端面的中心位置，在这种情况下，信号光在光纤内的耦合效率最高，即检测到的光功率最大，光斑位置越偏移光纤中心，则检测到的光功率越小。

在本发明实施例中，第一初始接收光轴与第一基准接收光轴一致的情况下，第一激光终端的信号接收光轴具体围绕第一基准接收光轴进行圆形扫描，光斑中心构成的圆形轨迹的圆心(x,y)具体为坐标原点，扫描期间的各个光斑相对于光纤端面中心位置的偏移程度恒定，从而耦合效率恒定，即，检测到的光功率为恒定值。

若第一初始接收光轴与第一接收光轴不一致，则光斑中心构成的圆形轨迹的圆心(x,y)偏移了坐标原点，因此，该轨迹上的不同位置所对应的光斑，相较于坐标原点的偏移程度不同，因此信号光在光纤内的耦合效率不同，即，扫描期间检测到的光功率存在变化。在这种情况下，结合检测到的光功率在不同位置的具体变化情况，以及信号光光强的空间分布规律(例如，采用高斯光强分布公式)，即可计算出第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量。

在计算出这一偏移量之后，第一激光终端通过调整其精跟踪镜使信号光接收光轴与第一基准接收光轴一致，即可完成其信号光接收光轴的校正。

应当注意，为了保证光轴标校的效果，在第一激光终端的信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描期间，第二激光终端的信号光发射方向应当保持固定。

承接前例，若第一激光终端采用图2中示出的收发结构，则第一激光终端的信号光接收光路依次经过天线、45°转镜、粗跟踪镜、合束镜、分光镜和精跟踪镜。在该示例中，第一激光终端通过调节精跟踪镜以使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于扫描期间检测到的光功率的具体变化情况推算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量，并基于该偏移量，通过精跟踪镜对信号光接收光轴的方向进行调整，即可实现对信号光接收光轴的校正。

步骤S103：将检测到的第二光功率发送至第二激光终端，第二光功率是第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使第二激光终端基于第二光功率，计算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于第一发射偏移量校正信号光发射光轴。

在第一激光终端完成信号光接收光轴的校正之后，第二激光终端通过调整超前瞄准镜使其信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描。其中，第一初始发射光轴即第二激光终端当前的信号光发射光轴。

在前述步骤S102中，第二激光终端的信号光发射方向保持固定，第一激光终端的信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于第一激光终端在扫描期间检测到的光功率的具体变化情况，即可推算出第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移程度。在步骤S103中，则是第一激光终端的信号光接收光轴保持在第一基准接收光轴，第二激光终端的信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描，因此推算偏移量的原理与步骤S102中类似，在第一初始发射光轴与第一基准发射光轴(即预先标定的第二激光终端的信号光发射光轴)一致的情况下，第一激光终端在扫描期间检测到的光功率应当保持恒定。因此，第一激光终端可以将在第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间检测到的光功率发送给第二激光光端，从而第二激光终端可以基于光功率的具体变化情况，结合光强的空间分布规律，计算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量。

在计算出第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量之后，第二激光终端通过调整其超前瞄准镜使信号光发射光轴与第一基准发射光轴一致，即可实现对于信号光发射光轴的校正。

在这一过程中，本发明实施例不对第一激光终端向第二激光终端发送光功率的具体方式进行限定。前文中提及本发明实施例也可以在激光终端之间的光信号建链过程中进行光轴校正，因此，第一激光终端向第二激光终端发送光功率的具体方式不限于激光通信。作为一个示例，第一激光终端可以通过无线电的方式向第二激光终端发送检测到的光功率。

承接前例，若第二激光终端采用图2中示出的收发结构，则第二激光终端的信号光发射光路以发射光源为起点，依次经过超前瞄准镜、合束镜、粗跟踪镜、45°转镜和天线。在该示例中，在第一激光终端完成对信标光接收光轴及信号光接收光轴的校正之后，第二激光终端通过调节自身内部的超前瞄准镜使信号光发射光轴进行圆形扫描，获取第一激光终端在扫描期间检测到的信号光的光功率，基于光功率的具体变化情况推算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量，基于该偏移量，通过超前瞄准镜对信号光发射光轴进行调整，即可实现对信号光发射光轴的校正。

作为一个示例，在第一激光终端的信号光接收光轴进行圆形扫描的过程中，以及第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描的过程中，具体可以基于下式确定扫描角Δθ：

Δθ＝(1-κ)θ_rec

其中，κ为重叠因子，θ_rec为第一激光终端的接收视场角，κ的大小可以基于实际需求进行选择。

本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法，先由第一激光终端接收第二激光终端发射的信标光，通过调节粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正。再由第一激光终端接收第二激光终端发射的信号光，并通过调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于扫描期间检测到的光功率推算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光接收光轴进行校正。然后由第二激光终端通过调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描，并由第一激光终端将扫描期间检测到的光功率发送至第二激光终端，第二激光终端基于接收到的光功率推算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光发射光轴进行校正。

可见，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法通过双星之间的配合来实现光轴标校，从而在实际建链中能够保证卫星激光终端的收发光轴同轴度。

并且，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法可以与双星之间的光信号建链流程同步进行，也可以在通信的过程中实时进行，能够有效提升卫星建链和光轴标校的效率，且能够实现全时段的光轴标校。

此外，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法利用了常规卫星激光终端内配置的粗跟踪镜、精跟踪镜和、超前瞄准镜来实现光轴标校，不需要对卫星激光终端的结构作出改动，方案便于实现，并具体通过对信号光收发光轴、信号光接收光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端卫星数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

在本发明的一个实施例中，前述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描之后，还包括：

判断在信号光接收光轴进行圆形扫描期间是否检测到信号光；

若是，执行根据在扫描期间检测到的第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量；

或，

若否，指示第二激光终端通过超前瞄准镜对信号光发射光轴进行调整，返回调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，直至在信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到信号光。

在本发明实施例中，在第一激光终端的信号光接收光轴进行圆形扫描之后，若第一激光终端在扫描期间未检测到信号光，即检测到的光功率为零，则无法进行第一接收偏移量的计算。

具体的，若第一激光终端在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间未检测到第二激光终端发射的信号光，则第二激光终端发射出的信号光可能没有覆盖到第一激光终端，在这种情况下，第二激光终端可以通过调节超前瞄准镜来调整信号光发射光轴的指向，以调整其发射出的信号光的方向。在第二激光终端对信号光发射光轴进行调节之后，第一激光终端可以再次通过调节精跟踪镜使信号光接收光轴进行圆形扫描，并判断在圆形扫描期间是否检测到第二激光终端发射的信号光，若否，则第二激光终端需要通过超前瞄准镜对信号光发射光轴进行再次调整，直至第一激光终端能够在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到第二激光终端发出的信号光。

在确定第一激光终端在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间能够检测到第二激光终端发出的信号光的情况下，则可以执行前述根据在扫描期间检测到的第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量的步骤，从而实现第一激光终端对信号光接收光轴的校正。

承接前例，当第一激光终端和第二激光终端均采用图2中示出的收发结构，在第一激光终端完成对信标光接收光轴的校正之后，第一激光终端通过调节镜跟踪镜使信号光接收光轴进行圆形，判断在扫描期间是否检测到第二激光终端发射的信号光，若否，则第二激光终端通过调节内部的超前瞄准镜来调整发射的信号光，第一激光终端通过调整精跟踪镜使信号光接收光轴再次进行圆形扫描，以此类推，直至在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间能够检测到第二激光终端发出的信号光，并在能够检测到信号光的情况下基于检测到的光功率的变化情况推算第一接收偏移量，基于第一接收偏移量，通过精跟踪镜对信号光接收光轴进行调节，完成第一激光终端中信号光接收光轴的校正。

作为另一个示例，为了进一步保证信号光接收光轴的校正效果，也可以判断第一激光终端在信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的信号光的能量是否为完整周期，若否，则第二激光终端通过调节超前瞄准镜来调整信号光的方向，由第一激光终端通过调节精跟踪镜使信号光接收光轴再次进行圆形扫描，以此类推，直至第一激光终端在信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的信号光的能量为完整周期。在这种情况下，能够保证计算出的光轴的偏移量的准确性，信号光接收光轴的校正效果较好。

在本发明实施例中，当第一激光终端在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间未检测到第二激光终端发出的信号光，指示第二激光终端通过超前瞄准镜对信号光发射光轴进行调整，再由第一激光终端使其信号光接收光轴再次进行圆形扫描，直至第一激光终端在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间能够检测到第二激光终端发出的信号光，从而能够保证第一激光终端顺利实现信号光接收光轴的校正。

在本发明的一个实施例中，前述根据在扫描期间检测到的第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，包括：

根据在扫描期间的第一时刻和第二时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴在第一方向上的偏移量；

根据在扫描期间的第三时刻和第四时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴在第二方向上的偏移量；第一方向与第二方向正交；

根据第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴在第一方向和第二方向上的偏移量，确定第一接收偏移量。

具体的，为了便于对第一接收偏移量进行计算，可以对其在两个相互正交的第一方向和第二方向上的分量进行分别计算，以获得第一接收偏移量。例如，第一方向和第二方向可以分别为图3中示出的X轴的方向和Y轴的方向。

针对第一方向上的偏移量进行计算时，可以分别选取第一时刻和第二时刻检测到的光功率，基于二者之间的差异计算第一方向上的偏移量，且第一时刻和第二时刻对应的光斑在第二方向上一致。其中，可以根据具体的扫描周期进行第一时刻和第二时刻的选取，以获取特定第一方向上的偏移量。针对第二方向上的偏移量的计算同理。

作为一个示例，参见图3，可以基于位置D和位置B的光斑对应的光功率，计算X轴方向上的偏移量，基于位置A和位置C的光斑对应的光功率，计算Y轴方向上的偏移量。基于此，若圆形扫描以X轴正半轴的方向为起点进行逆时针扫描，扫描周期为T，则第一时刻和第二时刻可以分别为nT和nT+T/2，第三时刻和第四时刻可以分别为nT+T/4和nT+3T/4。

对于第一发射偏移量的计算与其原理相同，可以参考以上描述。

在本发明实施例中，基于在不同时刻检测到的光功率之间的比值，对两个相互正交的方向上的偏移量进行分别计算，能够简化光轴的偏移量的计算过程。

在本发明的一个实施例中，基于下式计算第一接收偏移量/第一发射偏移量：

其中，ρ_x为第一接收偏移量/第一发射偏移量在x轴方向上的分量，ρ_y为第一接收偏移量/第一发射偏移量在y轴方向上的分量，ω₀为第一激光终端的信号光接收光纤的模场半径，a为信号光接收光轴/第二激光终端的信号光发射光轴的扫描半径，P_s为第一光功率/第二光功率，T为信号光接收光轴/第二激光终端的信号光发射光轴的扫描周期。

下面以信号光接收光轴的圆形扫描为例，对偏移量的计算过程进行具体说明。参见图3，结合图中的虚线形轨迹，在信号光接收光轴进行圆形扫描期间，t时刻光斑中心在光纤端面上的位置(x(t),y(t))具体可以表示为：

其中，f为扫描频率，π为圆周率。

此外，信号光耦合到光纤内的耦合效率η_x具体可以表示为：

其中，P_S具体为检测到的光功率，P_in为信号光的光功率，ρ为第一初始接收光轴相较于基准接收光轴的偏移量，η_max为ρ＝0时的最大耦合效率。

将t时刻光斑中心在光纤端面对应的位置坐标(x(t),y(t))的表达式代入上式，即可获得：

其中，ρ_x和ρ_y分别为第一接收偏移量在x轴方向和y轴方向上的分量。在此基础上，针对光轴进行圆形扫描期间的两个时刻t₁和t₂，对应的耦合效率分别表示为：

其中，(ρ_x1，ρ_y1)和(ρ_x2，ρ_y2)分别为t₁和t₂时刻的光斑中心对应的坐标，结合η(t₁)和η(t₂)消去η_max，即可获得：

在本发明实施例中，在光轴的扫描速度较快、且扫描半径较小的情况下，可以假设发射的信号光的光功率恒定，即P_in(t₁)＝P_in(t₂)，并近似ρ_x1＝ρ_x2＝ρ_x，ρ_y1＝ρ_y2＝ρ_y，则上式可以简化为：

承接前例，假设圆形扫描以X轴方向为起点进行逆时针扫描，扫描周期为T。结合上式，将t₁和t₁分别选择为nT和nT+T/2即可求出ρ_x，分别选择为nT+T/4和nT+3T/4即可求出ρ_y：

在本发明实施例中，基于光功率的变化情况，对光轴的偏移量在x轴方向和y轴方向上的分量进行分别计算，计算出的偏移量能够准确表征出当前光轴与基准光轴之间的偏差，从而在基于偏移量对光轴进行校正时，能够保证光轴的校正效果。

在本发明的一个实施例中，基于如下方式确定信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的第一光功率：

基于电流值和光功率之间的映射关系，将信号光探测器在信号光接收光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率；

基于如下方式确定第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间检测到的第二光功率：

基于映射关系，将信号光探测器在第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率。

具体的，激光终端内的光学***中可以配置有信号光探测器，信号光探测器具体能够将耦合至光纤内的光功率转换为电信号，以电流值进行输出。

以图2为例，若第一激光终端采用图2所示的收发结构，则第一激光终端接收到的信号光具体会进入接收准直器，接收准直器具体为光纤的输入元件，能够将接收到的信号光耦合至光纤内部，且光纤与信号光探测器连接，从而信号光探测器能够将光纤内部的光信号转换为电信号，输出电流值。

因此，在光轴进行圆形扫描期间，获取第一激光终端的信号光探测器输出的电流值，基于电流值和光功率之间的映射关系对电流值进行转换，即可获得第一激光终端在光轴进行圆形扫描期间检测到的光功率。其中，电流值和光功率之间的映射关系可以根据信号光探测器的具体参数进行确定。

在本发明实施例中，将信号光探测器输出的电流值转换为光功率，从而可以结合光轴进行圆形扫描期间的光功率变化情况，借助光强的空间分布规律对光轴的偏移量进行计算，计算出的偏移量能够准确表征出当前光轴与基准光轴之间的偏差，从而在后续基于偏移量对光轴进行校正时，能够保证光轴的校正效果。

在本发明的一个实施例中，电流值和光功率之间的映射关系满足下式：

其中，I_S(t)为t时刻信号光探测器输出的电流值，R为信号光探测器的响应度，P_S为光功率，P_L为本振光功率，ω_IF为外差频率，θ_S(t)为信号在t时刻的符号相位。

具体的，在第一激光终端具体通过外差相干平衡探测进行光探测的情况下，即可基于上式将信号光探测器输出的电流值转换为光功率。

在本发明的一个实施例中，前述指示第二激光终端通过超前瞄准镜对信号光发射光轴进行调整，包括：

指示第二激光终端调整超前瞄准镜以使信号光发射光轴进行螺旋扫描。

具体的，在第一激光终端在其信号光接收光轴进行圆形扫描期间无法检测到信号光的情况下，第二激光终端调节超前瞄准镜具体是为了保证第二激光终端发射的信号光能够覆盖到第一激光终端，在这种情况下，采取螺旋扫描的光束方向调整策略能够使得第二激光终端发射出的信号光扫描到较大的覆盖面积，保证第一激光终端的信号光探测器能够接收到第二激光终端发射出的信号光，有利于后续进行第一激光终端的信号光接收光轴的校准。

在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的激光终端激光终端的光轴标校方法还包括：

向第二激光终端发射信标光，以使第二激光终端基于粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

指示第二激光终端调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第二初始接收光轴进行圆形扫描，以使第二激光终端根据在扫描期间检测到的第一激光终端发射的信号光的光功率，计算第二初始接收光轴相较于第二基准接收光轴的第二接收偏移量，并基于第二接收偏移量校正第二激光终端的信号光接收光轴；

调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第二初始发射光轴进行圆形扫描，获取第二激光终端在扫描期间检测到的第一激光终端发射的信号光的光功率，并基于获取到的光功率，计算第二初始发射光轴相较于第二基准发射光轴的第二发射偏移量，并基于第二发射偏移量校正第一激光终端的信号光发射光轴。

具体的，在本发明的前述实施例中，第一激光终端完成了对信标光接收光轴以及信号光接收光轴的校正，第二激光终端完成了对信号光发射光轴的校正。在本发明实施例中，则相当于在完成前述校正过程之后，对第一激光终端和第二激光终端进行对调，重复前述任一实施例中的流程，实现对于第一激光终端中信号光发射光轴的校准，以及第二激光终端中信标光接收光轴和信号光接收光轴的校准。这一过程可以参考前述任一实施例中的说明，此处不进行赘述。

在本发明实施例中，第一激光终端和第二激光终端两颗激光终端的信标光接收光轴、信号光接收光轴和信号光发射光轴均得到了校正。

承接前例，若第一激光终端和第二激光终端均采用图2中示出的收发结构，则基于前述示例，第一激光终端通过调节粗跟踪镜实现了信标光接收光轴的校正，并通过调节精跟踪镜实现了信号光接收光轴的校正，第二激光终端则通过调节超前瞄准镜实现了信号光发射光轴的校正。在本示例中，第二激光终端接收第一激光终端发射的信标光，通过调节第二激光终端内部的粗跟踪镜实现信标光接收光轴的校正；然后接收第一激光终端发射的信号光，通过调节第二激光终端内部的精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第二初始接收光轴进行圆形扫描，基于第二激光终端在扫描期间检测到的光功率的变化情况确定其信号光接收光轴的偏移量，基于计算出的偏移量实现对于第二激光终端的信号光接收光轴的校正；然后第一激光终端再通过调节内部的超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第二初始发射光轴进行圆形扫描，并获取第二激光终端在扫描期间检测到的光功率，基于获取到的光功率的变化情况计算信号光发射光轴的偏移量，基于计算出的偏移量实现对于第一激光终端的信号光发射光轴的校正。

在本发明实施例中，通过双星配合来完成双星的信标光接收光轴、信号光接收光轴和信号光发射光轴的校正，能够保证激光终端激光终端的收发光轴同轴度。且具体通过对信号光收发光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端激光终端数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

在本发明的一个实施例中，第一激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路，第二激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路。

具体的，在第一激光终端和第二激光终端中，信标光的发射实现了旁路化，参见图2，图2即典型的独立信标光激光通信终端收发光路，可以看出，在信标光的发射旁路化的情况下，信标光发射光路与信标光接收光路、信号光接收光路和信号光发射光路相互独立。因此，可以将信标光的发射角做得很大，使得其中一颗激光终端发射的信标光更容易覆盖另一颗激光终端所在的区域，另外，由于信标光发射光轴的偏移误差有限，因此可以不对信标光的发射光轴进行校正。

从而，在本发明实施例提供的激光终端激光终端的光轴标校方法应用于采用独立信标光的激光终端时，不需要进行信标光发射光轴的校正，两颗激光终端之间能够快速完成信标光的捕获，进行光轴校正的效率更高。

图4是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法的示意图，下面结合图2、图4以及具体的示例对本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法进行示例性说明。

为了便于描述，这里采用A星和B星分别指代第一激光终端和第二激光终端，且A星和B星均采用图2中示出的收发结构。在该示例中，假设A星与B星的链路距离为2000km(千米)，信标光发射散角为5mrad(毫弧度)，信标光波长为905nm(纳米)，信号光波长为1550nm，发散角为30urad(微弧度)，信号光接收视场为70urad。A星和B星要开始建链，需要先完成信标光的捕获，并可以在建链过程中同步进行光轴校正，具体参见以下步骤：

步骤S401：信标光捕获流程。

具体的，信标光捕获即保证一颗激光终端发射的信标光能够覆盖另一颗激光终端所在的区域，且信标光捕获具体包括凝视和扫描两种方式。就发射端而言，凝视即发射端激光终端以较大的发散角向另一颗激光终端发射信标光，保证信标光能够覆盖另一颗激光终端所在的不确定区域；扫描则是发射端激光终端以较小的发射角向另一颗激光终端发射信标光，并逐次调整信标光的方式使信标光覆盖前述不确定区域内的不同具体区域，直至覆盖到另一颗激光终端所在区域。就接收端而言，凝视即接收端激光终端以较大的接收视场接收另一颗激光终端发出的信标光，保证接收视场覆盖到另一颗激光终端所在的不确定区域；凝视则是接收端激光终端以较小的视场角接收另一颗激光终端发出的信标光，并逐次调整接收视场的方向使接收视场覆盖前述不确定区域内的不同具体区域，直至能够接收到另一颗激光终端发出的信标光。

在本发明实施例中，当以A星为发射端，以B星为接收端，A星或B星均可以基于凝视或者扫描的方式进行信标光捕获，因此，A星和B星之间具体可以通过表1中示出的四种方式实现B星对A星的信标光捕获。

表1

在本发明实施例中，A星和B星均需要保证发射出的信标光能够覆盖另一颗激光终端所在的区域，因此，当A星为接收端，B星为发射端时，同样也可以参考上述四种方式对应实现A星对B星的信标光捕获，完成双星的信标光捕获。

步骤S402：判断A星信标光光轴是否在相机靶心，若是，执行步骤S403，若否，执行步骤S404。

具体的，A星接收B星发射的信标光，判断信标光接收光轴是否位于校准相机上预先标定的靶心。

步骤S403：B星发射光轴固定指向，A星精跟踪镜圆形扫描。

当信标光接收光轴在相机靶心，B星的信号光发射光轴保持固定指向，向A星发射信标光，A星通过调节精瞄准镜使信号光接收光轴进行圆形扫描。作为一个示例，A星可以将50％作为重叠因子，即以扫描角35urad进行信号光接收光轴的圆形扫描。

步骤S404：A星调整粗跟踪镜，使信标光对准相机靶心。

当信标光接收光轴不在相机靶心，A星通过调节内部的粗瞄准镜使信标光对准相机靶心，实现对于信标光接收光轴的校准。

步骤S405：判断信号光探测器是否有光，若是，执行步骤S407，若否，执行步骤S406。

步骤S406：调整B星发射光轴指向。

在A星的信号光接收光轴进行圆形扫描期间，当A星的信号光探测器不能接收到信号光，即输出的电流值为零，B星调节超前瞄准镜改变信号光发射光轴指向，返回步骤S405。

步骤S407：根据信号光探测器输出电流值推算信号光接收光轴的偏移量，并校正。

在A星的信号光接收光轴进行圆形扫描期间，当A星的信号光探测器能够接收到信号光，根据信号光探测器输出的电流值推算信号光接收光轴的偏移量，根据偏移量调节精跟踪镜，实现对于信号光接收光轴的校正。

步骤S408：B星发射光轴进行圆形扫描，A星记录信号光探测器输出电流。

在A星完成对信号光接收光轴的校正后，B星调节超前瞄准镜使信号光发射光轴进行圆形扫描，此时A星对信号光探测器输出的电流值进行记录。作为一个示例，B星可以选择10％为重叠因子，即以扫描角27urad进行信号光发射光轴的圆形扫描。

步骤S409：B星根据A星信号光探测器输出电流推算B星发射光轴偏移量，校正B星中超前瞄准镜指向。

B星通过获取A星的信号光探测器输出的电流值，推算信号光发射光轴的角度偏移量，根据偏移量调节超前瞄准镜，实现对于信号光发射光轴的校正。

至此A星信号光接收光轴与信标光接收光轴标校一致，B星信号光发射光轴与信标光接收光轴一致。

在完成上述步骤之后，还可以对A星和B星进行对调，重复上述步骤S402-S409，完成双星的光轴校正。

相应的，本发明实施例还提供了一种激光终端，包括：天线、粗跟踪镜、超前瞄准镜、精跟踪镜、信标光接收光轴校正单元、信号光接收光轴校正单元、通信单元；

天线用于接收对端激光终端发射的激光，激光为信标光或信号光；

信标光接收光轴校正单元，用于调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

信号光接收光轴校正单元，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的对端激光终端发射的信号光的第一光功率，计算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于第一接收偏移量，校正信号光接收光轴；

通信单元，用于将第二光功率发送至对端激光终端，第二光功率是对端激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使对端激光终端基于第二光功率，计算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于第一发射偏移量校正信号光发射光轴。

本发明实施例提供的激光终端，具体可以实现对于信标光接收光轴、信号光接收光轴和对端激光终端的信号光发射光轴的校正，具体过程可以参考本发明前述任一实施例中的说明，此处不进行赘述。

本发明实施例提供的激光终端，通过天线接收对端激光终端发射的信标光，通过信标光接收光轴校正单元通过调节粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正。通过天线接收对端激光终端发射的信号光，通过信号光接收光轴校正单元调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，基于扫描期间检测到的光功率推算第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的偏移量，基于该偏移量对信号光接收光轴进行校正。并在对端激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间，通过通信单元将扫描期间检测到的光功率发送至对端激光终端，使对端激光终端基于接收到的光功率推算第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的偏移量，基于该偏移量对端激光终端的信号光发射光轴进行校正。

可见，应用本发明实施例提供的激光终端，能够通过双星之间的配合来实现光轴标校，从而在实际建链中能够保证卫星激光终端的收发光轴同轴度。

并且，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校可以在双星之间的光信号建链流程中同步进行，也可以在通信的过程中实时进行，能够有效提升卫星建链和光轴标校的效率，且能够实现全时段的光轴标校。

此外，本发明实施例提供的激光终端具体通过对信号光收发光轴、信号光接收光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端卫星数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

在本发明的一个实施例中，激光终端还包括：

反射镜、合束镜、分光镜、校准相机、接收准直器、信号光探测器、发射光源；

天线接收的信标光依次经过反射镜、粗跟踪镜、合束镜、分光镜到达校准相机；

天线接收的信号光依次经过反射镜、粗跟踪镜、合束镜、分光镜、精跟踪镜到达接收准直器；信号光探测器连接接收准直器；

信标光接收光轴校正单元，具体用于通过调整粗跟踪镜，以使信标光接收光轴对准校准相机的靶心区域；

信号光探测器用于检测经接收准直器传输的信号光的光功率，并将检测到的光功率发送至信号光接收光轴校正单元和/或通信单元；

发射光源用于发射信号光；发射光源发射的信号光依次经过超前瞄准镜、合束镜、粗跟镜、反射镜到达天线，并通过天线发送至对端激光终端。

其中，激光终端的具体收发结构可以参见图2，图2所示意的收发结构中的反射镜具体为45°转镜。

在本发明的一个实施例中，激光终端还包括：

独立信标光发射单元，用于向对端激光终端发射信标光。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种激光终端的光轴标校装置，参见图5，图5是本发明实施例提供的激光终端的光轴标校装置的结构示意图，如图5所示，装置包括以下模块：

第一校正模块501，用于接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

第二校正模块502，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

第三校正模块503，用于将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

可见，通过双星之间的配合来实现光轴标校，从而在实际建链中能够保证卫星激光终端的收发光轴同轴度。

并且，光轴标校过程可以与双星之间的光信号建链流程同步进行，也可以在通信的过程中实时进行，能够有效提升卫星建链和光轴标校的效率，且能够实现全时段的光轴标校。

此外，本发明实施例提供的激光终端的光轴标校方法利用了常规卫星激光终端内配置的粗跟踪镜、精跟踪镜、超前瞄准镜来实现光轴标校，不需要对卫星激光终端的结构作出改动，方案便于实现，并具体通过对信号光收发光轴、信号光接收光轴进行圆形扫描的方式来计算光轴的偏移量，基于单次扫描即可获得偏移量，完成对于光轴的校正，减少了对端卫星数据的反馈次数，从而能够大幅缩短光轴标校时间，提升光轴标校的效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、激光终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种激光终端的光轴标校方法，其特征在于，应用于第一激光终端，包括：

接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描之后，还包括：

判断在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间是否检测到所述信号光；

若是，执行所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量；

或，

若否，指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，返回所述调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，直至在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到所述信号光。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，包括：

根据在扫描期间的第一时刻和第二时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第一方向上的偏移量；

根据在扫描期间的第三时刻和第四时刻检测到的第一光功率之间的比值，确定所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在第二方向上的偏移量；所述第一方向与所述第二方向正交；

根据所述第一初始接收光轴相较于所述第一基准接收光轴在所述第一方向和所述第二方向上的偏移量，确定所述第一接收偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于下式计算所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量：

其中，ρ_x为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在x轴方向上的分量，ρ_y为所述第一接收偏移量/所述第一发射偏移量在y轴方向上的分量，ω₀为所述第一激光终端的信号光接收光纤的模场半径，a为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描半径，P_S为所述第一光功率/所述第二光功率，T为所述信号光接收光轴/所述第二激光终端的信号光发射光轴的扫描周期。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于如下方式确定所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间检测到的第一光功率：

基于电流值和光功率之间的映射关系，将信号光探测器在所述信号光接收光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率；

基于如下方式确定所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间检测到的第二光功率：

基于所述映射关系，将所述信号光探测器在所述第二激光终端的信号光发射光轴进行圆形扫描期间输出的电流值转换为光功率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电流值和光功率之间的映射关系满足下式：

其中，I_S(t)为t时刻所述信号光探测器输出的电流值，R为所述信号光探测器的响应度，P_S为所述光功率，P_L为本振光功率，ω_IF为外差频率，θ_S(t)为信号在t时刻的符号相位。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指示所述第二激光终端通过所述超前瞄准镜对所述信号光发射光轴进行调整，包括：

指示所述第二激光终端调整所述超前瞄准镜以使所述信号光发射光轴进行螺旋扫描。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

向所述第二激光终端发射信标光，以使所述第二激光终端基于粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

指示所述第二激光终端调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第二初始接收光轴进行圆形扫描，以使第二激光终端根据在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，计算所述第二初始接收光轴相较于第二基准接收光轴的第二接收偏移量，并基于所述第二接收偏移量校正所述第二激光终端的信号光接收光轴；

调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第二初始发射光轴进行圆形扫描，获取所述第二激光终端在扫描期间检测到的所述第一激光终端发射的信号光的光功率，并基于获取到的光功率，计算所述第二初始发射光轴相较于第二基准发射光轴的第二发射偏移量，并基于所述第二发射偏移量校正所述第一激光终端的信号光发射光轴。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路，所述第二激光终端的信标光发射光路为独立信标光发射光路。

10.一种激光终端，其特征在于，包括：天线、粗跟踪镜、超前瞄准镜、精跟踪镜、信标光接收光轴校正单元、信号光接收光轴校正单元、通信单元；

所述天线用于接收对端激光终端发射的激光，所述激光为信标光或信号光；

所述信标光接收光轴校正单元，用于调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

所述信号光接收光轴校正单元，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的对端激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

通信单元，用于将第二光功率发送至所述对端激光终端，所述第二光功率是所述对端激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述对端激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。

11.根据权利要求10所述的激光终端，其特征在于，还包括：

反射镜、合束镜、分光镜、校准相机、接收准直器、信号光探测器、发射光源；

所述天线接收的信标光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜到达所述校准相机；

所述天线接收的信号光依次经过所述反射镜、所述粗跟踪镜、所述合束镜、所述分光镜、所述精跟踪镜到达所述接收准直器；所述信号光探测器连接所述接收准直器；

所述信标光接收光轴校正单元，具体用于通过调整所述粗跟踪镜，以使所述信标光接收光轴对准所述校准相机的靶心区域；

所述信号光探测器用于检测经所述接收准直器传输的信号光的光功率，并将检测到的光功率发送至所述信号光接收光轴校正单元和/或通信单元；

所述发射光源用于发射信号光；所述发射光源发射的信号光依次经过所述超前瞄准镜、所述合束镜、所述粗跟镜、所述反射镜到达所述天线，并通过所述天线发送至所述对端激光终端。

12.根据权利要求10或11所述的激光终端，其特征在于，还包括：

独立信标光发射单元，用于向所述对端激光终端发射信标光。

13.一种激光终端的光轴标校装置，其特征在于，应用于第一激光终端，包括：

第一校正模块，用于接收第二激光终端发射的信标光，调整粗跟踪镜对信标光接收光轴进行校正；

第二校正模块，用于调整精跟踪镜使信号光接收光轴围绕第一初始接收光轴进行圆形扫描，并根据在扫描期间检测到的所述第二激光终端发射的信号光的第一光功率，计算所述第一初始接收光轴相较于第一基准接收光轴的第一接收偏移量，基于所述第一接收偏移量，校正所述信号光接收光轴；

第三校正模块，用于将检测到的第二光功率发送至所述第二激光终端，所述第二光功率是所述第二激光终端调整超前瞄准镜使信号光发射光轴围绕第一初始发射光轴进行圆形扫描期间发射的信号光的光功率，以使所述第二激光终端基于所述第二光功率，计算所述第一初始发射光轴相较于第一基准发射光轴的第一发射偏移量，并基于所述第一发射偏移量校正所述信号光发射光轴。