本專利涉及高精度光學探測，具體涉及一種光斑中心提取的裝置，可用于空間激光通信捕獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng)中信標光光斑中心的提取。

背景技術(shù)：
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衛(wèi)星激光通信的核心技術(shù)是捕獲、跟蹤和瞄準技術(shù)，而微弧度量級的跟瞄技術(shù)為其中的難點。高精度的跟瞄需要準確的獲得跟瞄參考源的中心信息，以此跟瞄參考源的中心信息來指導衛(wèi)星終端光束的精確指向，進而實現(xiàn)衛(wèi)星激光通信鏈路的建立和維持。然而由于存在以下問題導致難以精確地提取信標光斑中心：

1.捕獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng)的精跟蹤子系統(tǒng)探測器需要同時滿足一定的視場和較高的信標光斑中心提取精度，傳統(tǒng)的探測器對信標光斑的中心進行提取，存在探測器像元非均勻、填充率低、量子效率低等問題。

2.捕獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng)的精跟蹤子系統(tǒng)探測器需要滿足較高的探測幀頻以實現(xiàn)較高精度的干擾抑制帶寬，傳統(tǒng)的探測器為實現(xiàn)較高的探測幀頻需要進行復雜的電路設(shè)計和數(shù)據(jù)處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本專利采用了基于棱鏡分割的方法，由分束器對待測光斑所在的光束進行分割，分成水平方向和垂直方向的兩束光，分別進入水平探測單元和垂直探測單元，水平探測單元和垂直探測單元的組成和原理相同，但空間的放置方位不同，每個探測單元內(nèi)的屋脊棱鏡將進入的光束分成處于同一直線上、方向相反的兩束光，再對每束光用聚焦透鏡進行匯聚，用硅光電二極管對其光強信息進行探測，探測所得的四路光強信息輸入工作計算機進行數(shù)據(jù)處理，以得出待測光斑的中心。

本專利一種基于棱鏡分割的光斑中心提取裝置包括：分束器1，水平探測單元2，垂直探測單元3，工作計算機4，其中水平探測單元2和垂直探測單元3的組成和原理相同，在空間中相互正交放置，水平探測單元2和垂直探測單元3分別都包括一個屋脊棱鏡、第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡、第一硅光電二極管和第二硅光電二極管，整個光斑中心提取裝置的特征在于：

光斑中心提取裝置放置在穩(wěn)定平臺上，并與穩(wěn)定平臺剛性連接；待測光斑中心的光束經(jīng)過分束器1后，分成水平方向和垂直方向的兩束光，水平方向和垂直方向的光束分別由水平探測單元2和垂直探測單元3進行探測。光束進入各探測單元內(nèi)，先被屋脊棱鏡分成處于同一直線上、方向相反的兩束光，然后分別由第一聚焦透鏡和第二聚集透鏡對兩束光進行匯聚，再由第一硅光電二極管和第二硅光電二極管對匯聚后的光進行光強探測。最后將兩個探測單元探測所得的四路光強信息輸入工作計算機4進行數(shù)據(jù)處理以得到待測光斑的中心。

光斑中心的提取方法，其特征在于包括以下步驟：

1.使用光學元件進行光束分割：使用分束器1將入射光束分成相互正交的水平方向光束和垂直方向光束，分別進入水平探測單元2和垂直探測單元3進行探測，各探測單元內(nèi)的屋脊棱鏡將光束分割為處于同一直線上，方向相反的兩束光。

2.光斑中心提取裝置的數(shù)據(jù)處理：在工作計算機4中，由水平探測單元探測所得的能量X1、X2與垂直探測單元探測所得的能量Y1、Y2，進行數(shù)據(jù)處理，得到光斑中心坐標(X,Y),運算公式為：

$X=K\frac{(X1+Y1)-(X2+Y2)}{X1+X2+Y1+Y2}$

$Y=K\frac{(X1+X2)-(Y1+Y2)}{X1+X2+Y1+Y2}$

其中K為比例系數(shù)，由定標結(jié)果給出。

本專利有如下有益效果：

1.使用屋脊棱鏡的脊對光斑進行分割：利用屋脊棱鏡光學特性將入射光分成處于同一直線上、方向相反的兩束光，棱鏡的加工精度和剛度可達到較高的水平，在捕獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng)中使用時，可以提高系統(tǒng)的抗振動抗干擾能力。

2.使用硅光電二極管進行光強探測：硅光電二極管光敏面大、可實時輸出入射光的能量信息，滿足系統(tǒng)對高探測幀頻的需求，可以實現(xiàn)系統(tǒng)較高的線性度和靈敏度。

3.使用四個獨立的硅光電二極管進行光強探測，方便進行不同硅光電二極管的一致性標定，從而可以達到較高的光斑中心提取精度。

4.系統(tǒng)集成性較高，具有高性能，高可靠性的優(yōu)點。

附圖說明：

圖1是光斑中心提取方法的系統(tǒng)原理圖。圖中：分束器1；水平探測單元2；垂直探測單元3；工作計算機4。

圖2是水平探測單元或垂直探測單元的原理圖。圖中：屋脊棱鏡5；第一聚焦透鏡6；第二聚焦透鏡7；第一硅光電二極管8；第二硅光電二極管9。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本專利的具體實施方式作進一步的說明：

本專利一種光斑中心提取方法的裝置如附圖1所示，使用分束器對入射光進行分割，分成水平方向和垂直方向的兩束光，兩束光分別進入水平探測單元和垂直探測單元內(nèi)，每個探測單元的組成如附圖2所示，進入每個探測單元中的光束被屋脊棱鏡分成處于同一直線，方向相反的兩束光，每束光使用聚焦透鏡進行匯聚，再使用硅光電二極管對匯聚后的光進行能量探測。入射光選用670nm的激光器經(jīng)過平行光管模擬遠距離的平行光，接收光學系統(tǒng)選用200mm口徑2m焦距的望遠鏡。分束器選用THORLABS公司分束比為50:50的非偏振分束立方體BS031，其工作波長最佳波長在400nm到700nm之間；屋脊棱鏡選用THORLABS公司的刀鋒直角屋脊棱鏡MRAK25-E02，其工作波長最佳波長在400nm到750nm之間；硅光電二極管選用THORLABS公司的SM1PD1B已封裝的大面積硅光電二極管，陽極接地，光敏面的直徑為9mm。水平探測單元和垂直探測單元探測所得共四路光的光強信息傳入工作計算機進行數(shù)據(jù)處理，從而可得出待測光斑的中心位置信息。