用于自由空间光通信的激光继电器制造技术

一种用于自由空间光通信的激素昂继电器模组，包括：用于接收并传送光束的光学望远镜；用于分离发送和接收的光束的光学双工器；光学放大器；用于多个通信远程网络节点的视距通信控制的调制信标激光；信标束流检测器，用于为光学望远镜的视距通信控制检测入射信标束流并从其它网络节点接收数据；和装置，用于将调制信标激光的输出插入到光学望远镜以发送到另一个网络节点，并用于将入射信标光束传送到信标束流检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于自由空间光通信的激光继电器。
技术介绍
由于全球对高速数据交换的需求的提高，目前对激光网络及这些网络节点之间的激光通信的需求也日益增加。例如，世界各地的发展中国家对全球互联网的使用以高增长率不断提高。但是，很多赤道附近的新兴商业中心会受到与互联网连通性较差的影响。这些商业中心通常位于仅具有有限的国家高带宽网络设施的国家，并且有时被敌对的邻国或者恶劣的地形环绕而使得地面和海底电缆连接都不可行。但是，这些国家对连接到互联网的高带宽连通性仍然有持续的需求。大部分增长速度最快的市场靠近赤道并难以通过海底电缆连接。对于一些较大的国家，内部网络设施相对简陋。此外，自然灾害也会破坏连接，所以快速重置通信网络以重新连接灾区的能力是极为宝贵的。除了这些服务较差的市场，有影响力的主要电信运营商和不断增长的批发带宽均有备份和更换带宽以保持服务质量协议的需求。空间激光通信的所有现有尝试已经使用到光-电-光(0-E-0)的方法，S卩，将入射的光信号转换为电信号，然后再将电信号转换回到输出的光信号。也就是说，所有现有空间光通信系统都在每个系统节点处设置电子接收器，因此需要进行光-电转换。此外，现有技术中不对系统进行模块化形式打包，因此所得到的系统在，例如，空间和空中平台上并不实用，这是因为，这种系统具有相对较大的重量、需要更多的能量和更大的成本。因此，商用航空器仅能支持一个或两个上述系统。此外，有效载荷的传统实施方式具有分离的光和激光结构，并且在它们之间具有复杂的连接布线。另一种被考虑的传统方法是将激光和电子元件安装在航天器的总线结构中的分布式方法。但是，这两种设计都证明难以制造和集成，因为它们都需要大量的单个部件，这是一个相当大的成本动因。
技术实现思路
本专利技术的激光继电器模组(LRM)在尺寸、重量和功率利用率方面都更加有效。根据本专利技术中的新技术方案可以允许每个航空器配置12个或更多个LRM。在一些实施例中，本专利技术为用于自由空间光通信的LRM。该LRM包括安装在可操作底座上的光学望远镜用以接收并发送光束；光学双工器，用于分离发送和接收的光束；光学放大器，用于将接收的光束的信号电平恢复成发送光束的预制电平；调制信标激光，用于多个通信远程网络节点的视距通信控制，以及到其它网络节点的状态、系统管理和遥测数据的光传输；信标束流检测器，用于为光学望远镜的视距通信控制检测入射的信标光束，并且从其它网络节点接收状态、系统管理和遥测数据；和装置，用于将调制信标激光的输出添加到光学望远镜以用于到其它网络节点的传输，并且用于在光学望远镜处收集入射的信标光束并将该入射的信标光束发送到信标束流检测器。在一些实施例中，每个激光继电器模组可以使用圆偏振或者光谱多样性来提供双重光信号路径。在一些实施例中，每个激光继电器模组可以包括波束转向镜，以补偿光网络中其它光节点的抖动和位置差异。在卫星作为LRM平台的情况中，给定卫星中的给定LRM的一个或更多个上/下链路望远镜可以被配置为使用，例如，光学信标，持续并实时地追踪给定地面站点的至少两个独立的地面光学望远镜。在一些实施例中，给定卫星的单个上/下链路望远镜可以被配置为使用圆偏振或光谱多样性追踪给定地面站点的所述至少两个独立的地面光学望远镜。在一些实施例中，每个上/下链路光学望远镜可以包括双重内转向反射镜以保持对给定地面站点的所述至少两个独立地面光学望远镜的追踪。【附图说明】通过参考下面结合附图所作的详细说明，本专利技术更完整的表述以及伴随的特征和方面将更加显著，附图中，相似的参考符号表示相似的部件，其中:图1是根据本专利技术一些实施例的多个光通信卫星组成的典型ΜΕ0星群。图2是根据本专利技术一些实施例的包含交叉链路和上/下链路望远镜的卫星有效载荷的典型布局视图。图3是根据本专利技术一些实施例的典型激光继电器模组的简化方框图。图4是根据本专利技术一些实施例的控制多个激光继电器模组的简化方框图。图5是根据本专利技术一些实施例的激光继电器模组的有效载荷布置方框图。图6是根据本专利技术一些实施例的激光继电器模组的简化信号框图。【具体实施方式】本专利技术将参照附图做更详细的描述，其中将呈现示例性实施例。但是，本专利技术可以被实现为多种不同的形式而不应当局限于这里所示的实施方式。当然，提供这些实施例使得本公开彻底完整，并且向本领域技术人员充分地传达本专利技术的原理。在一些实施例中，本专利技术涉及一种用于自由空间光通信的激光继电器模组(LRM)。该激光继电器的光学硬件被设计为相对于光通信标准的发展尽可能地没有限制，这样该光学硬件不会随着时间的推移而变得过时。例如，在空间光通信的情况中，地面硬件可以逐步升级以支持更高的带宽或标准中的任何改变。尽管这里提供的大部分平台示例参考航天器平台，但是本专利技术的LRM并不限于卫星应用，而是可以部署在多种光通信系统和网络中，例如，大气、地面和/或水上平台。在一些实施例中，LRM为独立设备，可以用于获得并追踪光学信号的传送、接收该光学信号、将该光学信号从自由空间转换到光纤传输、(预先)放大光学信号、过滤光学信号、在需要的情况下将它们发送到光学路由器、执行高功率的光学放大、将光学信号转换回到自由空间以及将该光学信号发送到预期的目的地。在一些实施例中，LRM包括光束扩展器、传递光学系统、多轴万向架、低噪声光放大器(LNA)、可编程陷波滤波器、增压光学放大器、功率光学放大器、热辐射计、集成结构和光纤&电连接线。在一些实施例中，根据同时发生的连接的数目，可以在适合的平台(例如，卫星)上将LRM复制适当的次数。LRM的一些其它有效载荷组件(以及相对应的功能)为:指挥控制处理器、视距通信处理器和光学路由器或转换器。这些组件被设置在中心以便于集成。该模块化方法使用的部件明显更少，并且接口简单直接。这种方法的附加效果是，它可以被移植到不同的平台，例如客户的空中或轨道卫星，或固定或移动地安装。也就是说，LRM可以被用在系统中的不同位置以有效地重置网络。图1示出了多个卫星102的示例性ΜΕ0星群，其中部署了本专利技术的多个LRM。如图所示，八个卫星102 (八球星群)被布置并联络在一起以提供对地球一个区域的连续的覆盖，尤其是环绕赤道轨道。尽管这里以八个卫星作为例子，本专利技术并不限于八个卫星，而是可以为达到每个卫星更长的覆盖时间和/或冗余的目的而使用不同数量的卫星，例如，四个、十二个、十六个或其它数量。ΜΕ0星群中的每个卫星可以使用LRM充当卫星激光通信(ISL)的光继电器来与多个与其最接近的相邻卫星(例如，除了在最小的四球星群中(其中只有两个可用的相邻卫星)，可以有4个或者更多个相邻卫星)光学相连。在一些实施例中，使用圆偏振或光谱多样性来提供双重光信号路径。在一些实施例中，圆偏振被用来将发送的信号从接收的信号中分离。可以使用不同光谱区域以允许每个ISL光学望远镜具有四个或更多个路径，并当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自由空间光通信的激光继电器模组，包括：安装在可操作底座上的光学望远镜，所述光学望远镜用于接收和发送光束；光学双工器，所述光学双工器用于分离发送和接收的光束；光学放大器，所述光学放大器用于将所述接收的光束的信号水平恢复到发送光束的预制电平；调制信标激光，所述调制信标激光用于多个通信远程网络节点的视距通信控制，并且用于对到其它网络节点的状态、系统管理和遥测数据的光学传输；信标束流检测器，所述信标束流检测器用于为所述光学望远镜的视距通信控制检测入射信标光束，并且接收来自其它网络节点的状态、系统管理和遥测数据；和装置，所述装置用于将所述调制信标激光的输出插入到所述光学望远镜以传输到另一个网络节点，并且用于收集所述光学望远镜处的所述入射信标光束并将所述入射信标光束传送到所述信标束流检测器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·马可夫斯基，G·D·科尔曼，W·J·小斯尔卡科，S·D·诺德，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国;US