基于正弦波磁光调制的空间方位失调角传递技术的改进

　　1　引　言

　　基于磁光调制偏振光的空间方位失调角传递技术，是指利用光的偏振和法拉第磁致旋光效应使位于不同水平面上的上下两台无机械连接的设备之间实现水平方位同步[1]，此项技术将大大促进航天器对接、武器装备高精度方位传递等军用技术的发展。根据调制波形的不同，磁光调制分为正弦波调制、方波调制、三角波调制和锯齿波调制四种方式，但是后三种尚处于计算机模拟阶段，而且由于方波调制信号在推动磁光调制器的过程中其波形圆滑化，这会使输出信号波形发生较大畸变[2-4]，所以本文以正弦波磁光调制为研究基础。目前，中国科学院西安光学精密机械研究所的高立民、陈良益、马彩文等教授已经在此领域展开相关研究，并初步取得了一些成绩[5-6]，但是仍存在系统传递精度不高、失调角传递范围小等问题。为了能够在较大范围内传输失调角，申小军[7]提出：当失调角α在|α|≤5°时，利用tan(2α)≈2α，方位传递系统作为线性系统来分析;当|α|≥5°时，先利用饱和电压控制下仪器转动至|α|≤5°，然后把系统作为线性系统处理，最终控制下仪器转动至上、下仪器精确对准。不过，这样做依然存在系统传递误差过高的问题，并且没有明确说明|α|≥5°的情况具体是如何实现的。

　　本文在分析现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递技术原理的基础上，引入了二倍角公式来增大失调角传递范围;建立了失调角与磁光调制后光强信号中横坐标不变的极值点的关系方程;针对方程求解中遇到的增根问题，提出了利用信号中极值点对比的方法去除增根，最终获得了失调角的计算公式;针对计算公式中反正切函数的实现问题，提出了大角度范围硬件查表法和小角度范围近似逼近的综合方法。仿真和试验结果表明文中提出的方法可以明显扩大失调角的传递范围，提高传递精度。

　　2　原理推导

　　图1为方位失调角传递系统原理图。激光器发出的激光经过起偏器成为线偏振光，当通过调制器中磁致旋光玻璃时，在正弦激励信号产生的同频交变磁场作用下，产生法拉第磁致旋光效应，实现了偏振光信号调制。信号检测与处理系统检测处理经光电转换后的信号、提取出失调角对应的信号电压，并将输出的控制信号送往控制系统，而控制系统控制步进电机带动下仪器转动，完成方位同步过程[1]。

　　设激光器发出的激光经过起偏器后的出射光强为I0;在调制线圈上所加正弦激励信号的调制角频率为ω;光在磁致旋光玻璃中传播的有效距离为L;磁致旋光玻璃的维尔德常数为V;磁感应强度的最大值为Bm;调制度为mf，单位是弧度，mf=2VBmL;光波偏振面的旋转角度为θ，θ=;上、下仪器之间的方位失调角为α。