自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法技术方案

本公开提供了一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法，其中，系统包括：发射端和接收端，建立空间光通信链路并实现连续跟踪锁定，无需借助额外的信标光收发系统。本公开相较于常规空间光通信系统，结构更加简单，体积功耗可以进一步缩小，同时该系统具有连续锁定能力，可以更加方便的应用于移动设备上。

Transmitter, Receiver, System and Method of Self-Locking and Self-Tracking Space Optical Communication

The present disclosure provides a self-locking and self-tracking space optical communication transmitter, receiver, system and method, in which the system includes: transmitter and receiver, establishing space optical communication link and realizing continuous tracking and locking without additional beacon optical transceiver system. Compared with conventional space optical communication systems, the present disclosure has simpler structure, smaller volume power consumption, and continuous locking capability, which can be more convenient to be applied to mobile devices.

【技术实现步骤摘要】
自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法
本公开涉及空间光通信领域，尤其涉及一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法。
技术介绍
空间光通信技术自从上世纪三十年代提出以来，持续受到国内外通信领域学者关注。作为一种无线通信技术，空间光通信相较于微波通信，具有带宽高、保密性和安全性好、不占用频谱资源等优点，有望成为人类社会未来无线通信领域的核心技术。然而，现有空间光通信设备要求极高的对准精度，常规发射端和接收端只有极小的窗口角度，在通信建立阶段，需要使用不同发散角度度信标光进行预对准，因而系统结构复杂，体积庞大。亟需进一步研究为空间光通信技术产业化应用化，提供更为有效的解决方案。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端，包括：调制模块，用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块，用于接收微波信号的信号强度信息；控制模块，分析所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，生成控制指令；准直扫描模块，用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控制指令，控制通过所述准直扫描模块输出的激光信号的输出方向。在本公开的一些实施例中，所述调制模块采用任意频率的激光信号，以任意的调制格式进行通信。一种自锁定自跟踪的空间光通信接收端，包括：广角接收模块，用于接收激光信号，解调输出数据信号；分析模块，用于接收所述广角接收模块接收的激光信号，并分析所述激光信号的信号强度信息；微波发射模块，用于将所述分析模块得到的信号强度信息以微波信号输出。在本公开的一些实施例中，所述广角接收模块选用反射镜、透射镜以及由反射镜和透射镜组成的镜头中的一种或多种；所述反射镜为任意形状。在本公开的一些实施例中，所述广角接收模块包括：探测器，对所述广角接收模块接收的激光信号进行光电转换输出数据信号；滤波器，用于对所述广角接收模块接收的激光信号进行滤波；放大器，用于对所述广角接收模块接收的信号进行放大。一种自锁定自跟踪的空间光通信系统，包括：发射端和接收端；所述发射端包括：调制模块，用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块，用于接收接收端发送的微波信号；控制模块，分析通过所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，生成控制指令；准直扫描模块，用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控制指令，控制通过所述准直扫描模块输出的激光信号的输出方向；所述接收端包括：广角接收模块，用于在所述接收端窗口角度范围内接收激光信号，解调输出数据信号；分析模块，用于接收所述广角接收模块接收的激光信号，并分析所述激光信号的信号强度信息；微波发射模块，用于将所述分析模块得到的信号强度信息以微波信号发送至所述发射端的微波接收模块。在本公开的一些实施例中，所述准直扫描模块选用二维扫描设备，包括机械反射式扫描振镜、微机电扫描振镜和旋转双棱镜中一种或多种。一种自锁定自跟踪的空间光通信方法，包括：步骤S100：发射端在不知道接收端具体位置时，发射端在任一区域连续扫描发射激光信号搜索接收端位置，直至接收端接收到激光信号，经过分析模块得到所述激光信号的信号强度信息输出至微波发射模块，微波发射模块接收的激光信号的信号强度信息发送至发射端的微波接收模块，发射端根据是否收到信号和信号强度信息，确定接收端的位置；步骤S200：确定接收端的位置后，发射端向接收端旋转扫描发射激光信号，使激光信号的信号光斑最强点围绕接收端按照圆形和/或多边形路径旋转；同时接收端通过分析模块对接收的激光信号的光强度信息进行分析并通过微波发射模块向发射端发射微波信号。在本公开的一些实施例中，所述步骤S100中所述发射端的扫描方式为逐行扫描和/或从区域中间位置螺旋扫描。在本公开的一些实施例中，所述步骤S200中，当接收端某一时刻收到的信号强度信息大于其他时刻，接收端已经不在路径圆中央，发射端需要调整发射方向，重新将接收端位置设为路径圆中心，实现对接收端位置锁定。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本公开利用单个接收端和单个发射端建立空间光通信系统，实现跟踪锁定，降低光通信链路中断概率，光通信链路的稳定性得到提高。(2)本公开实现无需再额外设置信标光收发装置，接收端和发射端均得到简化，系统重量和体积均可以有效降低。(3)本公开中的数据信号通过激光传输，具有更高的数据安全性。附图说明图1为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信发射端的示意图。图2为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信接收端的示意图。图3为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信系统的示意图。图4为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信方法的流程框图。图5为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信系统中信号光束强度分布示意图。图6为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信系统中信号光束圆形轨迹扫描强度叠加图。具体实施方式本公开提供了一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端、接收端、系统及方法，其中，系统包括：发射端和接收端，建立空间光通信链路并实现连续跟踪锁定，无需借助额外的信标光收发系统。本公开相较于常规空间光通信系统，结构更加简单，体积功耗可以进一步缩小，同时该系统具有连续锁定能力，可以更加方便的应用于移动设备上。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端。图1为本公开实施例自锁定自跟踪的空间光通信发射端的示意图。如图1所示，本公开自锁定自跟踪的空间光通信发射端包括：调制模块、准直扫描模块、微波接收模块和控制模块；调制模块用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块用于接收微波信号的信号强度信息；控制模块分析通过所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，，生成控制指令；准直扫描模块用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控制指令，控制通过所述准直扫描模块输出的激光信号的输出方向。具体的，关于准直扫描模块的应用可以选择一下方式：其一，先用准直透镜准直，再利用扫描设备改变激光信号的发射方向。其二，使用小型准直透镜并利用三维机械控制系统控制透镜的指向，控制通过准直扫描模块输出的激光信号的输出方向。进一步关于准直扫描模块的设计可以采用但不限于上述两种设计方式，甚至，在接收端移动速度较为缓慢的应用环境下，可以使用机械捕跟瞄(ATP)系统控制光信号输出方向。关于光束准直效果的设计，光束发散角越大，则通信距离越近，但是链路建立时间和锁定效果会随之得到提升，反之亦然。因此发散角数值的确定要根据使用环境决定。可选择的，选用二维扫描设备，包括机械反射式扫描振镜、微机电(MEMS)扫描振镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端，包括：调制模块，用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块，用于接收微波信号的信号强度信息；控制模块，分析所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，生成控制指令；准直扫描模块，用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控制指令，控制通过所述准直扫描模块输出的激光信号的输出方向。

【技术特征摘要】
1.一种自锁定自跟踪的空间光通信发射端，包括：调制模块，用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块，用于接收微波信号的信号强度信息；控制模块，分析所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，生成控制指令；准直扫描模块，用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控制指令，控制通过所述准直扫描模块输出的激光信号的输出方向。2.根据权利要求1所述的自锁定自跟踪的空间光通信发射端，其中，所述调制模块采用任意频率的激光信号，以任意的调制格式进行通信。3.一种自锁定自跟踪的空间光通信接收端，包括：广角接收模块，用于接收激光信号，解调输出数据信号；分析模块，用于接收所述广角接收模块接收的激光信号，并分析所述激光信号的信号强度信息；微波发射模块，用于将所述分析模块得到的信号强度信息以微波信号输出。4.根据权利要求3所述的自锁定自跟踪的空间光通信接收端，其中，所述广角接收模块选用反射镜、透射镜以及由反射镜和透射镜组成的镜头中的一种或多种；所述反射镜为任意形状。5.根据权利要求3所述的自锁定自跟踪的空间光通信接收端，其中，所述广角接收模块包括：探测器，对所述广角接收模块接收的激光信号进行光电转换输出数据信号；滤波器，用于对所述广角接收模块接收的激光信号进行滤波；放大器，用于对所述广角接收模块接收的信号进行放大。6.一种自锁定自跟踪的空间光通信系统，包括：发射端和接收端；所述发射端包括：调制模块，用于将输入的数据信号调制为激光信号；微波接收模块，用于接收接收端发送的微波信号；控制模块，分析通过所述微波接收模块接收的微波信号的信号强度信息，生成控制指令；准直扫描模块，用于对所述调制模块输出的激光信号进行准直，接收所述控制模块的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃辉，朱慧时，张志珂，刘建国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11