一种航空激光通信系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种航空激光通信系统，主要目的在于解决航空通信受频谱以及带宽限制的问题。该系统包括：星载系统，包括光端机和电控箱；机载系统，包括光端机、电控箱和用于安装的支架以及套设在整个机载系统外侧的整流罩；地面系统，包括光端机和电控箱；星载系统实现与机载系统以及地面系统的双向激光通信；星载系统、机载系统和地面系统的光端机均包括通信发射模块，通信接收模块，捕获瞄准跟踪模块以及光学天线；通信发射模块发出的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过光学天线发出；光学天线接收到的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过通信接收模块进行接收；捕获瞄准跟踪模块实现与相对的光端机之间的激光通信链路的建立和保持。

【技术实现步骤摘要】
一种航空激光通信系统
本技术涉及一种激光通信
，特别是涉及一种航空激光通信系统。
技术介绍
目前，航空通信主要通过微波卫星实现。在通过该微波无线电进行通信时，由于无线电频率是空间系统得以正常运转的基础，是信息传输的通道，为了防止卫星间电磁干扰，需要保持通信频率的一定间隔进行频率隔离，因此无线电频谱的利用将受到极大限制。现有的航空互联技术一般分为三大类，分别是以陆地电信基站为基础的对空通信技术(AirToGround，ATG)、静止轨道(GEO)卫星、低轨道(LEO)星座。ATG，是一种地对空的通信系统，它利用成熟的陆地移动通信技术，如3G、4G技术，针对航空高速移动、广覆盖等特性进行定制化开发，在地面建设部分天线指向天空的专用、复用基站，构建出一张地对空的专用网络，解决地对空数据双向传输的问题。ATG系统主要包括机载小翼天线和由基站组成的地面核心网，系统复杂度较低，对飞机的影响较小。但是，由于其为无线电通信，仍然存在频谱饱和以及带宽有限的问题。GEO卫星，目前是卫星在航空领域内应用的主流。根据频谱主要分为SBB、Ku(包括2Ku和KuHTS)、Ka等三种。静止轨道卫星通过卫星、地面站和机顶天线实现通信。与ATG相比，静止轨道卫星频谱资源丰富，三颗卫星就能覆盖全球，能覆盖全球航路，支持跨洋飞行。但是，由于其为无线电通信，使用的波段频率有限，通信带宽无法满足大量数据互联需求。LEO低轨道星座，由于轨位稀缺，最近几年异军突起，成为卫星互联网的新生力量。相比GEO，低轨道卫星轨位在1500公里以内，相比GE03.6万公里的轨道，其天线复杂度低、通信延迟小、整体容量大。由于其是无线电通信，低轨道星座首要解决的还是频谱受限以及带宽有限的问题。因此，现有技术中的航空通信网络技术，都具有频谱、带宽受限的问题，无法做到大数据高速率的传输，也无法实现飞机本身数据的实时传输和监测。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种频段不受限、带宽较宽、实现大数据高速率传输的用于构造航空互联网的航空激光通信系统。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种航空激光通信系统，其特征在于：包括至少一个星载系统，安装于卫星上，包括光端机和电控箱；至少一个机载系统，安装于飞行器上，包括光端机、电控箱、用于安装所述光端机和电控箱的支架；以及至少一个地面系统，设置于地面，包括光端机和电控箱；所述星载系统用于实现与机载系统以及地面系统的双向激光通信；所述星载系统、机载系统和地面系统均包括用于初始指向的定位系统，并且所述星载系统、机载系统和地面系统的光端机均包括通信发射模块，通信接收模块，捕获瞄准跟踪模块以及光学天线；所述通信发射模块发出的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过光学天线发出；光学天线接收到的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过通信接收模块进行接收；所述捕获瞄准跟踪模块实现与通信对方的光端机之间的激光通信链路的建立和保持。进一步的，所述通信发射模块包括信号光源、信标光源、发射光学系统和光调制器，所述信标光源发出的光经过发射光学系统后进入捕获瞄准跟踪模块，所述信号光源发出的光经过光调制器后通过发射光学系统进入捕获瞄准跟踪模块。进一步的，所述通信接收模块包括接收光学系统和光解调器，通过光学天线接收的光信号经过捕获瞄准跟踪模块后进入接收光学系统后到达光解调器，进行光信号的解调。进一步的，所述捕获瞄准跟踪模块包括第一信号处理器、第二信号处理器和瞄准控制系统，所述第一信号处理器用于将经过捕获瞄准跟踪后产生的光程差信号传递给发射光学系统，并且向光学天线传递捕获跟踪控制信号，所述第二信号处理器用于从接收光学系统提取误差信号并且反馈给瞄准控制系统，并且向光学天线传递跟踪瞄准控制信号。进一步的，所述瞄准控制系统包括粗瞄模块、精瞄模块和提前瞄准模块，所述粗瞄模块用于捕获和粗跟踪，所述精瞄模块用于补偿粗瞄模块的瞄准误差以及跟踪过程中的干扰，所述提前瞄准模块用于补偿链路过程中在光束弛豫时间内双方光端机之间的相对位移。进一步的，所述粗瞄模块包括万向转台、粗瞄控制器和粗瞄探测器，粗瞄控制器用于调整万向转台的瞄准方向，粗瞄探测器用于接收光学天线接收到的对方光束，并且根据该对方光束判断捕获是否成功以及测定对方光束的到达方向，并且通过控制粗瞄控制器进一步调整万向转台使光板进入精瞄探测器的视域范围。进一步的，所述地面系统中的光学天线采用天线阵列。进一步的，所述机载系统还包括套设在整个机载系统外侧的整流罩，所述支架具有减振作用，所述整流罩为透明密封整流罩。为了减轻飞行器的振动，所述支架包括多个相互嵌套的框架，每个框架均具有能够绕着旋转的轴，并且该多个框架各自的轴的方向不平行，减振器设置于框架之间，以及支架与其安装的飞行器之间。为了实现各个系统之间一对多的通信，所述光学天线包括旋转抛物面反射镜和中继光学系统，所述旋转抛物面反射镜由多个反射镜拼接而成。进一步地，所述卫星为静止轨道(GEO)卫星、低轨道(LEO)卫星或者是上述多个同类或者不同类卫星组成的组合星座；所述飞行器为民航客机、军用飞机、高空气球或固定翼无人机。上述通信系统的通信方法，其特征在于：包括以下步骤，1)初始指向：借助定位系统进行通信双方的光端机的定位定姿；2)快速捕获，在初始指向的基础上，通信双方的光端机向对方发射粗信标光，并且在一定范围内进行扫描，直至双方的光端机实现光闭环；3)粗跟踪，捕获成功后，进入到粗跟踪阶段，将通信双方中对方的粗信标光引导至粗跟踪的视场中心；4)精确对准，利用高精度振镜，使通信双方的光轴精确对准双方的视场中心，并且产生提前量修正发射与接收视场的偏差，实现精确对准；5)动态通信，在通信双方的光端机光轴精确跟踪对准的前提下，开启信号光源，实现信息的传输。与现有技术相比，本技术提供的航空激光通信系统，能够通过激光通信实现飞机对卫星、卫星对地面的双向通信，建立航空仓内与地面的实时网络互联，实现航空仓与地面的互联网络连接。并且，本技术实施例中，卫星、飞机以及地面之间采用激光通信链路进行通信，代替了常规通过微波实现卫星与飞机之间的通信，规避了无线电频谱管制的难题。另外，由于激光通信具有传输速率快(超过1Gbps)、带宽大，信息容量大，利于解决民航客机大量数据传输的要求；并且抗干扰能力强、适用范围较广。附图说明图1为本技术实施例的航空激光通信系统的系统框图。图2为本技术实施例的航空激光通信系统的星载系统的光端机的模块示意图。图3为本技术实施例的航空激光通信系统的光端机中的瞄准控制系统的示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。如图1所示航空激光通信系统，包括至少一个星载系统10、至少一个机载系统20和至少一个地面系统30。星载系统10安装于卫星上，该卫星可以是静止轨道(GEO)卫星、低轨道(LEO)卫星或者是上述多个同类或者不同类卫星组成的组合星座。机载系统20安装于飞行器上，该飞行器可以是民航客机、军用飞机、高空气球、或者固定翼无人机等。地面系统30设于地面，三类系统能够相互通过激光通信，实现三者之间信息的传递。优选地，星载系统10用于实现与地面系统30和机载系统20的分别双向通信，机载系统20用于与星载系统10实现双向通信，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空激光通信系统，其特征在于：包括至少一个星载系统，安装于卫星上，包括光端机和电控箱；至少一个机载系统，安装于飞行器上，包括光端机、电控箱、用于安装所述光端机和电控箱的支架；以及至少一个地面系统，设置于地面，包括光端机和电控箱；所述星载系统用于实现与机载系统以及地面系统的双向激光通信；所述星载系统、机载系统和地面系统均包括用于初始指向的定位系统，并且所述星载系统、机载系统和地面系统的光端机均包括通信发射模块，通信接收模块，捕获瞄准跟踪模块以及光学天线；所述通信发射模块发出的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过光学天线发出；光学天线接收到的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过通信接收模块进行接收；所述捕获瞄准跟踪模块实现与通信对方的光端机之间的激光通信链路的建立和保持。

【技术特征摘要】
1.一种航空激光通信系统，其特征在于：包括至少一个星载系统，安装于卫星上，包括光端机和电控箱；至少一个机载系统，安装于飞行器上，包括光端机、电控箱、用于安装所述光端机和电控箱的支架；以及至少一个地面系统，设置于地面，包括光端机和电控箱；所述星载系统用于实现与机载系统以及地面系统的双向激光通信；所述星载系统、机载系统和地面系统均包括用于初始指向的定位系统，并且所述星载系统、机载系统和地面系统的光端机均包括通信发射模块，通信接收模块，捕获瞄准跟踪模块以及光学天线；所述通信发射模块发出的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过光学天线发出；光学天线接收到的光通过捕获瞄准跟踪模块后通过通信接收模块进行接收；所述捕获瞄准跟踪模块实现与通信对方的光端机之间的激光通信链路的建立和保持。2.如权利要求1所述的航空激光通信系统，其特征在于：所述通信发射模块包括信号光源、信标光源、发射光学系统和光调制器，所述信标光源发出的光经过发射光学系统后进入捕获瞄准跟踪模块，所述信号光源发出的光经过光调制器后通过发射光学系统进入捕获瞄准跟踪模块；所述通信接收模块包括接收光学系统和光解调器，通过光学天线接收的光信号经过捕获瞄准跟踪模块后进入接收光学系统后到达光解调器，进行光信号的解调。3.如权利要求1所述的航空激光通信系统，其特征在于：所述捕获瞄准跟踪模块包括第一信号处理器、第二信号处理器和瞄准控制系统，所述第一信号处理器用于将经过捕获瞄准跟踪后产生的光程差信号传递给发射光学系统，并且向光学天线传递捕获跟踪控制信号，所述第二信号处理器用于从接收光学系统提取误差信号并且反馈给瞄准控制系统，并且向光学天线传递跟踪瞄准控制信号。4.如权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘运滨，
申请(专利权)人：潘运滨，
类型：新型
国别省市：北京,11