偏振基矢空间传递特性中复合信息解耦方法及获取研究

The polarization measurement technology,composite information decoupling technique,target tracking technology,image processing technology are combined to explore and study the sensing mechanism with the composite information decoupling receiving function. The component information of spatial beacon attitude is obtained. The space transfer and decomposition function of the polarization basis vector in the optical tracking system are realized and the single sensor's function of complex information decoupling detection is also realized. The research work intends to focus on the lateral photoelectric effect mechanism of the position sensitive detector （PSD），beacon road range - polarization angle of composite information of optical detection and decoupling process. The lateral migration polarization splitting prism will be used to modulate the waveform of the incident beam , the output light intensity is proportional to the parallel and quadrature polarized light, The transmission function of spatial position and attitude of non-contact will be realized. The lateral photoelectric effect PSD will be used to detect the imaging position of the beacon light, thus the azimuth information of the beacon light can be derived. The composite optical current on the surface of PSD of the incident light intensity will be used to detect the incident light intensity information and this information is compared with the instantaneous feedback vector angle of the rotation motor. The synchronous polarization state information of beacon beam can be obtained by the information decoupling treatment. The detection of the beacon tracking and basis vector angle adjustment can be realized in the same light path, the same device, at the same time. The composite information decoupling process in the polarization basis vector space transfer process will be achieved.

将偏振测量技术、复合信息解耦技术、目标跟踪技术、图像处理技术相结合，探索研究具有复合信息解耦功能的传感机理，获取空间信标姿态的多姿态分量信息，实现光学跟踪系统中偏振基矢的空间传递与分解特性，实现单传感器复合信息的解耦功能。 研究工作拟围绕光电位置探测器(PSD)的横向光电效应机理，研究信标光路方位-偏振角度复合信息共光路检测及解耦过程，利用侧向偏移偏振分光棱镜对入射光束进行波形整形，输出光强成比例的正交平行偏振光，实现非接触的空间位置姿态传递功能；利用PSD横向光电效应测量信标光成像位置，反推信标光束方位轴信息；利用入射光强在PSD表面会聚产生的复合光电流检测入射光强信息，与旋转电机瞬时反馈的矢量角度信息比较，经信息解耦处理后获得信标光束同步偏振状态信息，完成信标光跟踪与基矢角调节的同时检测在同一光路、同一器件上的目的，实现偏振基矢空间传递过程中的复合信息解耦过程。

本项目针对运动环境下自由空间量子通信中的偏振基矢重要需求，将偏振测量技术、复合信息解耦技术、目标跟踪技术相结合，探索研究基于单传感器的目标方位与偏振基矢复合信息解耦及测量方法。主要研究内容包括研究偏振基矢的传递机理与影响，研究PSD探测器的信息提取与滤波处理技术，研究偏振基矢的传递与测量技术，实现对携带偏振基矢方位信息的信号在线测量与信息解耦。经过本项目的研究工作，各项研究内容均得到了预期结果。偏振基矢机理影响方面：对偏振基矢的传递过程进行了详细分析，经过分析在控制基矢偏差小于4度的情况下其造成的误码率影响小于0.5%，该结果可作为偏振基矢的控制目标依据。PSD探测技术方面：提出并验证了采用二元二次多项式的非线性修正方法，实现了PSD探测视场范围10度，角分辨率达到0.02度，满足0.2度的要求；针对目标跟踪过程中光电位置传感器中存在的噪声干扰，提高PSD空间探测精度和稳定性，提出了一种基于开-闭合闭-开级联组合的形态学滤波方法，通过选取适当的结构元素对一维和二维位置信号进行分析和降噪处理，获得稳定的位置信息。偏振基矢的传递与解耦测试方面：通过光束合束，产生一组双频正交信标光，实现了传送信标光三维姿态信息，经过地面姿态解耦系统解耦，实现了对信标光俯仰、方位以及偏振基矢角的三维同步测量。偏振基矢测量范围达到0~90度，角分辨率最优为0.06度，均满足指标要求。通过本项目的研究，验证了信标光方位与偏振基矢复合信息传递与解耦的可行性，为运动环境下量子通信的偏振基矢需求提供了一种新颖的设计思路，同时利用单个探测器实现了对复合信息的同时测量，对自由空间光通信目标跟踪领域也具有重要的借鉴意义。在本项目支持下发表论文8篇，其中SCI收录1篇，EI收录2篇。