大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统。每个节点处设收发终端，多个节点之间设中心路由节点，中心路由节点连接各个收发终端；中心路由节点包括外转盘、中心处理器、内转盘和波分解复用器；外转盘的外端口对准各个节点的收发终端，各个外端口经信号传输处理组件连接中心处理器；内转盘上布置波分解复用器，中心处理器和电机连接并控制电机运行带动内转盘旋转，实现将波分解复用器的输入出端对准外转盘上的外端口。本发明专利技术在实现长距离、低功耗、多点多信号的同时自由空间激光传输的同时，解决了以往方案中收发终端无法自由切换的技术难题，构建了可双向传输信息的星形网络，对现代空间激光通信组网具有重要意义。

A bidirectional free space laser communication network system with large scale and multi node simultaneous reception

The invention discloses a two-way free space laser communication network system with large scale and multi node simultaneous reception. Each node has a transceiver terminal, a central routing node is set between a number of nodes, and the central routing node connects each transceiver terminal. The center routing node consists of a turntable, a center processor, an internal turntable and a wave decomposition multiplexer; the outer port of the external turntable is aimed at the transceiver terminals of each node, and the external ports are transmitted through the signal transmission. A wave decomposition multiplexer is arranged on the inner turntable, the central processor is connected with the motor and the motor drives the rotation of the inner rotating disk to realize the input end of the wave decomposition multiplexer to the external port on the outer disk. While realizing the long distance, low power, multi point and multi signal simultaneous free space laser transmission, the invention solves the technical problem that the transceiver terminal can not switch freely in the previous scheme, and constructs a star network which can transmit information in two directions. It is of great significance to the modern space laser communication networking.

【技术实现步骤摘要】
大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统
本专利技术涉及自由空间激光通信技术，尤其是涉及了一种大范围多节点可同时接收的双向空间激光通信网络系统。
技术介绍
自由空间激光通信是当今一种新兴的通信技术，以激光作为载体，在大气或真空中传递数据信息，兼具光纤通信和微波通信的优势，是一种高速、便捷、安全、组网灵活的现代通信技术。随着科技发展，人类空间活动逐渐增多，卫星-卫星间及卫星-地面间的通信数据量逐年增大，所需覆盖范围也越来越广，大量科学数据都需要依靠大容量、高速率、长距离的空间信息传输技术来实现，在此背景下，自由空间激光通信逐渐在导航定位、航空运输、航天测控，甚至是对地观测和深空探测等方面，展露出巨大的应用潜力。目前的多点间空间通信网络仍主要采用微波的方式，在载波频率的限制下，其传输速率从原理上最多只能达到百Mb/s量级。相比之下，自由空间激光通信既采用空间的通信方式，自由灵活，又利用激光作为载波，保证大通信容量、高速传输，是进行空间高速率多点间通信组网的绝佳选择。目前国内外尚未见到系统可行的空间激光通信网络方案报道，一些单点到多点的自由空间激光通信系统方案被相继提出，如2013年AbisayoO.Aladeloba等提出一种适用于接入网的波分复用一点对多点FSO网络结构、2016年姜会林课题组提出以新型光学天线搭建一点对多点同时空间激光通信系统的方案，2017年StephenG.Lambert的一项专利中提到了弯管式链路搭建的组网方案等等，这些组网方案节点的移动性灵活性不高，且设计复杂成本昂贵，搭建链路的可行性还存在疑问。因此，本专利技术基于波分解复用中心路由节点技术，提出一种大范围多节点可同时接收的双向空间激光通信网络系统，该方案解决了单点到多点通信中传输链路不可逆的问题，具有终端移动性高、可灵活切换传输信道、节点设计简单明了和通信覆盖范围大幅扩大等优点，可以满足空间激光多点间灵活通信的需要。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，采用星形连接，实现一点向多点同时传输信息的目的，并支持双向收发。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术包括收发终端和中心路由节点，在每个节点处设置收发终端，多个节点之间设置中心路由节点，通过中心路由节点连接各个收发终端；所述的中心路由节点包括外转盘、中心处理器、内转盘和波分解复用器；外转盘上设有N个外端口，N个外端口沿外转盘周向等间隔均布布置在外转盘的外周面，各个外端口分别对准各个节点的收发终端，各个外端口经各自的信号传输处理组件连接到中心处理器；内转盘上布置有一个1×(N-1)的波分解复用器，波分解复用器的一个输入端和(N-1)个输出端沿内转盘周向等间隔均布布置在内转盘外周面上；内转盘底部与电机的输出轴连接，中心处理器和电机连接并控制电机运行带动内转盘旋转，实现将波分解复用器的输入端和输出端对准所需要对准的外转盘上的外端口。所述外转盘和内转盘同轴心布置。所述的外端口接收从收发终端发射出的光束或者发射出光束到收发终端。所述的外端口作为接收端，接收从收发终端发射出的光束，经膜系波分解复用器分束后入射到波分解复用器，通过波分解复用器分路后再分别进入其余各个膜系波分解复用器，再传输到其余各个收发终端。所述的信号传输处理组件包括捕获跟踪瞄准系统和膜系波分解复用器，外端口依次经膜系波分解复用器、捕获跟踪瞄准系统后连接到中心处理器，膜系波分解复用器沿外转盘周向等间隔均布布置在外转盘上，并且布置于外端口和外转盘圆心之间的连线上。其中一个节点的所述收发终端朝向一外端口正向同时发射多波长信号光和信标光混合形成的光束，经对应的外端口接收后由膜系波分解复用器分束为多波长信号光和信标光的两路，分束后的多波长信号光射向内转盘圆心，经膜系波分解复用器分束后的信标光传输到捕获跟踪瞄准系统，捕获跟踪瞄准系统接收并解调信标光，将信标光中携带的数据信息传输至中心处理器，中心处理器根据数据信息驱动旋转内转盘，将内转盘上的输入端对准外转盘上接收光束的外端口，各个输出端分别对准外转盘上其余的外端口；使得经膜系波分解复用器分束后的多波长信号光通过输入端输入到波分解复用器，然后经波分解复用器分路后输出经空间信道入射到膜系波分解复用器，经膜系波分解复用器无处理后传输到外端口，通过外端口出射到其余节点的收发终端。从而本专利技术通过内外转盘以及内转盘上的波分解复用器和端口设置、外转盘上的信号传输处理组件和端口设置实现了一个发射节点下的多同时接收的功能，由于收发终端和中心路由节点之间的空间信道传输方式，具有大范围多节点的传输优势。所述收发终端包括收发机、信号源、电光调制器、空间-光纤耦合装置和光学天线，收发机的输出端经电光调制器连接到空间-光纤耦合装置，空间-光纤耦合装置输出端经空间信道耦合连接到光学天线，信号源与电光调制器通过电缆连接；由收发机同时发出多波长信号光和信标光两路混合的光束输入到电光调制器中，电光调制器将信号源的数字信号加载调制到两路光束上，电光调制器的输出光束传输到空间-光纤耦合装置，经空间-光纤耦合装置耦合成自由空间光束后由光学天线正向射出。所述收发终端发射的光束中，信标光携带低速数据信息，多波长信号光为高阶码型调制的高速激光信号。低速是指Mb/s量级的传输速率，高阶码型是指正交相移键控信号(QPSK)或正交振幅调制信号(QAM)等先进调制格式，高速是指不低于10Gb/s量级的传输速率。本专利技术设置一个波分解复用中心节点连接周围的多个收发终端，采用待传输光信号和信标光同时发射的方式，使中心节点终端处理器接收命令数据随后进行信道的选择操作，将波分解复用器的输入端对准发射光信号的终端进行接收和分路转发，每一个终端都可灵活切换收发，实现单节点到多节点的同时空间激光信号传输，形成可双向工作的多节点间自由空间激光通信网络系统。本专利技术的有益效果是：本专利技术系统基于波分解复用中心路由节点构建空间激光通信多点间双向信息传输系统，能实现一点同时向多点传输自由空间激光信号的目的，同时使每一个移动终端兼备发射信号和接收信号的功能，实现信息的双向传输。本专利技术在扩大通信传输范围的同时，实现了长距离、低功耗、多点多信号的同时自由空间激光传输，同时解决了以往方案中收发终端无法自由切换的技术难题，构建了可双向传输信息的星形网络。本专利技术的中心路由节点兼具自主切换空间信道和自动跟踪瞄准的功能，灵活性选择性大大增强。本专利技术中各个收发终端及中心路由节点均为可自由移动的空间节点，适用于自由空间激光通信的各种场合，对现代空间激光通信组网具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的系统空间结构示意图。图2为本专利技术中的收发终端结构示意图。图3为本专利技术的系统装置结构示意图。图4为本专利技术中的内转盘结构示意图。图中：1为收发终端，2为中心节点，11为收发机，12为信号源，13为电光调制器，14为空间-光纤耦合装置，15为光学天线，16为多波长信号光，17为信标光，21为外端口，22为外转盘，23为跟踪瞄准捕获系统，24为中心处理器，25为内转盘，26为波分解复用器，27为膜系波分解复用器，28为输入端，29为输出端。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，包括收发终端(1)和中心路由节点(2)，其特征在于：在每个节点处设置收发终端(1)，多个节点之间设置中心路由节点(2)，通过中心路由节点(2)连接各个收发终端(1)；所述的中心路由节点(2)包括外转盘(22)、中心处理器(24)、内转盘(25)和波分解复用器(26)；外转盘(22)上设有N个外端口(21)，N个外端口(21)沿外转盘(22)周向等间隔均布布置在外转盘(22)的外周面，各个外端口(21)分别对准各个节点的收发终端(1)，各个外端口(21)经各自的信号传输处理组件连接到中心处理器(24)；内转盘(25)上布置有一个1×(N‑1)的波分解复用器(26)，波分解复用器(26)的一个输入端(28)和(N‑1)个输出端(29)沿内转盘(25)周向等间隔均布布置在内转盘(25)外周面上；内转盘(25)底部与电机的输出轴连接，中心处理器(24)和电机连接并控制电机运行带动内转盘(25)旋转，实现将波分解复用器(26)的输入端(28)和输出端(29)对准所需要对准的外转盘(22)上的外端口(21)。

【技术特征摘要】
1.一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，包括收发终端(1)和中心路由节点(2)，其特征在于：在每个节点处设置收发终端(1)，多个节点之间设置中心路由节点(2)，通过中心路由节点(2)连接各个收发终端(1)；所述的中心路由节点(2)包括外转盘(22)、中心处理器(24)、内转盘(25)和波分解复用器(26)；外转盘(22)上设有N个外端口(21)，N个外端口(21)沿外转盘(22)周向等间隔均布布置在外转盘(22)的外周面，各个外端口(21)分别对准各个节点的收发终端(1)，各个外端口(21)经各自的信号传输处理组件连接到中心处理器(24)；内转盘(25)上布置有一个1×(N-1)的波分解复用器(26)，波分解复用器(26)的一个输入端(28)和(N-1)个输出端(29)沿内转盘(25)周向等间隔均布布置在内转盘(25)外周面上；内转盘(25)底部与电机的输出轴连接，中心处理器(24)和电机连接并控制电机运行带动内转盘(25)旋转，实现将波分解复用器(26)的输入端(28)和输出端(29)对准所需要对准的外转盘(22)上的外端口(21)。2.根据权利要求1所述的一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，其特征在于：所述外转盘(22)和内转盘(25)同轴心布置。3.根据权利要求1所述的一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，其特征在于：所述的外端口(21)接收从收发终端(1)发射出的光束或者发射出光束到收发终端(1)。4.根据权利要求1所述的一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，其特征在于：所述的信号传输处理组件包括捕获跟踪瞄准系统(23)和膜系波分解复用器(27)，外端口(21)依次经膜系波分解复用器(27)、捕获跟踪瞄准系统(23)后连接到中心处理器(24)，膜系波分解复用器(27)沿外转盘(22)周向等间隔均布布置在外转盘(22)上，并且布置于外端口(21)和外转盘(22)圆心之间的连线上。5.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高士明，江荷馨，冯湘莲，吴志航，王天枢，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33