中继镜系统作用效果与上行链路望远镜口径关系分析

　　激光中继镜技术是近年来备受各方瞩目一项新型激光系统作战概念[1 -7]。中继镜系统革命性地将光源与光束控制部分分离，能降低大气等因素对激光的影响、拓宽激光系统的作战范围，被认为是机载激光和地基激光的威力倍增 器，并冠名为“革命性航空和航天全球激光交战系统”[8 -9]。美国自“星球大战”计划以来，一直致力于中继镜技术的研究并取得了一系列的进展[9 -13]。目前，美国军队转型办公室已把中继镜技术作为美军的转型技术，中继镜技术的发展必将影响到未来一代的高能激光系统。

　　中继镜系统主要由光源、上行发射与接收系统、中继平台、校正与净化系统、下行发射系统和相关的通信设备组成。在上行链路中，中继镜系统通常采用 双望远镜结构，用以实现光束的发射与接收。上行链路是中继镜系统工作的基础，望远镜口径设置对上行链路性能具有决定性的影响，合理的望远镜参数设置是中继 镜技术研究的重要内容。本文建立了中继镜系统模型并详细分析了中继镜系统作用效果与上行链路望远镜口径的关系，为中继镜系统望远镜参数设置提供参考.

　　1 模型建立及理论分析

　　1. 1 模型建立

　　中继镜系统模型如图 1 所示，其主要工作过程为: 系统向位于高空的中继平台发射激光束，光束经接收、校正与净化后作为新光源，由下行望远镜将光束重定向聚焦到目标上，实现对目标的打击[10]。中继镜系 统光路如图 2 所示，系统包含有两套自适应系统: 一套位于地表，主要用于上行传输过程大气扰动的校正; 另一套位于中继平台上，主要用于上行接收光束的校正与净化。上行链路中，系统具有完全合作信标，通过使用高精度自适应系统，大气扰动可以得到有效的校正， 闭环工作时，上行传输可近似为真空传输[10，14]。

　　1. 2 理论分析

　　1. 2. 1 二次光源分析

　　中继镜系统中，上行接收光束经相位校正后作为下行传输的新光源，上行链路对系统后续作用效果的影响是通过二次光源体现的。对二次光源性能的评价主要包括两方面: 一是功率大小; 二是光束质量。

　　1) 功率

　　由惠更斯 - 菲涅耳衍射公式，上行接收光场分布可表示为[15]

　　其中，Up( x，y) 为光源光场分布，为接收光场强度分布，s1为上行传输距离，* 代表取复共轭。在中继镜系统中，上行光束经望远镜接收后进行光束净化，作为新光源下行传输，新光源的功率可表示为

　　其中 S1为接收望远镜的接收区域，P0中继镜系统为光源功率，则中继镜系统上行链路能量耦合效率η 可表示为