一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，采用基于猫眼效应的大视场猫眼逆向调制激光通信终端作为信息节点，通过调制器阵列与光电探测器阵列匹配，可以与有效视场中的多个主动通信终端同时快速建立通信链路，实现激光组网通信；猫眼逆向调制终端具有对入射主动通信光束的原路返回特性，保证了逆向调制通信光束总可以严格返回到主动终端，从而免去了猫眼逆向调制终端的扫描跟踪过程，可与视场角内的主动终端快速建立通信链路；猫眼终端可同时与视场内的多个主动终端通信完成上述过程，从而实现多个主动终端与猫眼逆向调制终端快速激光组网通信。

A reverse modulation laser netting communication system based on cat eye effect

The invention discloses a kind of reverse modulation laser networking communication system based on cat eye effect. A cat eye reverse modulation laser communication terminal based on cat eye effect is used as an information node, which is matched with a photodetector array through a modulator array, and can be built quickly with a number of active communication terminals in an effective field of view. The cat eye reverse modulation terminal has the original return characteristic of the incident active communication beam, which ensures that the reverse modulation communication beam can always be strictly returned to the active terminal, thus eliminating the scanning and tracking of the cat eye reverse modulation terminal, and can be fast with the active terminal in the field of view. At the same time, the cat eye terminal can communicate with a number of active terminals in the field of view at the same time, so as to realize the communication between multiple active terminals and the cat eye reverse modulation terminal fast laser networking.

【技术实现步骤摘要】
一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统
本专利技术属于自由空间激光通信
，涉及自由空间激光通信系统结构，特别是涉及自由空间激光组网通信的系统结构和工作体制，可应用于遥感信息传输、移动小终端组网通信、小型中继通信等场合。
技术介绍
随着信息技术的发展，大容量高速安全的数据传输需求日益迫切，而传统信息传输采用微波链路，存在带宽受限、易受干扰、安全性低等限制，不能满足未来大容量高速安全数据传输需求。自由空间激光通信采用激光作为通信载波，具有安全性高、抗电磁干扰能力强、通信速率高等优点，是未来高速率安全通信的重要发展方向之一。传统自由空间激光通信系统受限于光束发散角，需要两个通信终端通过复杂的瞄准、捕获、跟踪过程建立通信链路，链路建立效率低。此外，目前自由空间激光通信系统都为点对点通信系统，严重限制了自由空间激光通信的适用性。便捷的激光组网通信系统是解决大容量高速安全数据链路的有效手段。下面的文献涉及到了逆向调制激光通信系统。1.邱灏,汪井源,徐智勇,韦毅梅,赵继勇.单光源全双工逆向调制的光通信技术研究.光电子.激光,2015,26(12):2314-2319.论文采用了询问端和逆向调制端结构，从调制方式出发提出了一种单光源全双工逆向调制光通信方案。这种方法结构简单、通信速率高，但是是一对一的通信，不涉及组网通信。2.任建迎,孙华燕,赵延仲,张来线.逆向调制激光通信作用距离及误码率分析.激光与红外,2016,46(10):1206-1210.论文采用激光逆向调制结构，分析了逆向调制激光通信系统中OOK调制方式下的误码率特性。同样不涉及组网通信。专利技术内容有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种可以解决现有自由空间激光通信系统链路建立困难、难以组网通信的问题。一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，包括猫眼逆向调制终端(1)和位于其有效视场角内的若干激光通信主动终端；所述猫眼逆向调制终端(1)包括猫眼光学系统(4)、分光镜(5)、空间光调制器阵列(6)、光电探测器阵列(7)、信号采集单元(8)、调制器驱动(9)、信源(10)以及控制处理单元(11)；所述猫眼光学系统(4)接收各个激光通信主动终端发出的通信激光光束；所述分光镜(5)将猫眼光学系统(4)接收来的通信激光光束分别聚焦于空间光调制器阵列(6)不同区域上以及光电探测器阵列(7)的不同区域上；所述光电探测器阵列(7)对入射的通信激光光束进行光电转换，得到不同区域上的电信号；所述信号采集单元(8)将光电探测器阵列(7)传输的电信号发到控制处理单元(11)；所述控制处理单元(11)对接收到的不同区域上的电信号进行处理，分别得到处理结果；并从所述信源(10)处获取各个区域上对应的处理结果中要求发送的信息，分别进行编码后传输给调制器驱动(9)；所述调制器驱动(9)接收控制处理单元(11)发送的编码信号，并根据各编码信号产生随编码变化的驱动信号，以此控制空间光调制器阵列(6)对应区域相对于猫眼光学系统(4)光轴产生随驱动信号变化的偏转，从而控制该区域反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使得通过猫眼光学系统(4)原路反射的有效光束随驱动信号发生变化，进而产生随驱动信号变化的反射光强，即为逆向反射的调制通信光束；所述激光通信主动终端接收逆向反射的调制通信光束，完成通信。进一步的，所述激光通信主动端包括瞄准捕获跟踪单元和接收光学系统；瞄准捕获跟踪单元用于对猫眼逆向调制终端(1)的位置进行捕获，并控制接收光学系统的光轴始终对准猫眼逆向调制终端(1)。较佳的，所述瞄准捕获跟踪单元通过摄像机捕获猫眼逆向调制终端(1)的位置。较佳的，所述激光通信主动终端还包括激光器、光调制器、发射光学系统、信号采集单元、光电探测器、控制处理单元；所述控制处理单元控制激光器产生激光光束；所述光调制器用于将需要传输的信息调制到激光器产生的激光光束上，形成通信激光光束；所述发射光学系统发射所述通信激光光束；所述接收光学系统接收猫眼逆向调制终端(1)发送的逆向反射的调制通信光束，并聚焦到所述光电探测器上；所述光电探测器将调制通信光束并变换为电信号；所述控制处理单元控制信号采集单元采集所述电信号并进行处理，以获得猫眼逆向调制终端(1)通过调制通信光束传送的信息。较佳的，所述激光通信主动终端的激光器选用波长为532nm的半导体单纵模连续激光器，其输出功率为50mW，发散角为1mrad，光束直径为1.2mm。较佳的，所述光调制器采用FPGA控制板实现，最大调制频率为3KHz。较佳的，所述空间光调制器阵列(6)采用MEMS空间光调制器。较佳的，所述光电探测器阵列(7)采用APD阵列探测器。本专利技术具有如下有益效果：提出一种基于猫眼效应的激光组网通信系统，采用基于猫眼效应的大视场猫眼逆向调制激光通信终端作为信息节点，通过调制器阵列与探测器阵列匹配，可以与有效视场中的多个主动通信终端同时快速建立通信链路，实现激光组网通信；本专利技术中，由于猫眼逆向调制终端利用对入射通信光束的原路返回特性，保证逆向反射通信光束总可以严格返回到主动终端，从而免去了猫眼终端的扫描跟踪过程，可以与视场角内的主动终端快速建立通信链路，此实例系统可以在5s内实现链路建立。此外猫眼终端可以通过特殊设计使其具有很大视场(可达30°)，可以同时与视场内的多个主动终端通信完成上述过程，从而实现多个主动终端与猫眼逆向调制终端快速激光组网通信。利用该系统进行了不同速率的OOK信号传输，实际测得500kbpsOOK和1MbpsOOK信号如图2(a)和(b)所示。整个链路维持约三分钟，传输无误码。附图说明图1本专利技术的系统框图；图2(a)为本专利技术的实施例中实验传输的500kbps/OOK信号波形图；图2(b)为本专利技术的实施例中实验传输的1Mbps/OOK信号波形图。其中，1-猫眼逆向调制终端，2-第一主动终端，3-第n主动终端，4-猫眼光学系统，5-分光镜、6-空间光调制器阵列、7-光电探测器阵列、8-信号采集单元、9-调制器驱动、10-信源、11-以及控制处理单元。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术的一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，包括猫眼逆向调制终端1和位于其有效视场角内的若干激光通信主动终端以第一主动终端2和第n主动终端3为例。猫眼逆向调制终端1主要包括猫眼光学系统4、分光镜5、高速空间光调制器阵列6、光电探测器阵列7、信号采集单元8、调制器驱动9、信源10以及控制处理单元11；激光通信主动终端2和3主要包括激光器12和20、光调制器13和21、发射光学系统14和22、信号采集单元15和23、光电探测器16和24、接收光学系统17和25、控制处理单元18和26、瞄准捕获跟踪单元19和27。系统工作时，位于猫眼逆向调制终端1有效视场角内的各主动终端2和3，控制瞄准捕获跟踪单元19和27将终端光学系统14和22指向猫眼逆向调制终端1，主动终端2和3控制激光器12和20产生光束经光调制器13和21和发射光学系统14和22发射主动通信光束28和29，同时控制光调制器13和21将需要传输的信息30和31调制到通信光束28和29上，主动通信光束28和29经空间信道32传输到猫眼逆向调制终端1；猫眼光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，其特征在于，包括猫眼逆向调制终端(1)和位于其有效视场角内的若干激光通信主动终端；所述猫眼逆向调制终端(1)包括猫眼光学系统(4)、分光镜(5)、空间光调制器阵列(6)、光电探测器阵列(7)、信号采集单元(8)、调制器驱动(9)、信源(10)以及控制处理单元(11)；所述猫眼光学系统(4)接收各个激光通信主动终端发出的通信激光光束；所述分光镜(5)将猫眼光学系统(4)接收来的通信激光光束分别聚焦于空间光调制器阵列(6)不同区域上以及光电探测器阵列(7)的不同区域上；所述光电探测器阵列(7)对入射的通信激光光束进行光电转换，得到不同区域上的电信号；所述信号采集单元(8)将光电探测器阵列(7)传输的电信号发到控制处理单元(11)；所述控制处理单元(11)对接收到的不同区域上的电信号进行处理，分别得到处理结果；并从所述信源(10)处获取各个区域上对应的处理结果中要求发送的信息，分别进行编码后传输给调制器驱动(9)；所述调制器驱动(9)接收控制处理单元(11)发送的编码信号，并根据各编码信号产生随编码变化的驱动信号，以此控制空间光调制器阵列(6)对应区域相对于猫眼光学系统(4)光轴产生随驱动信号变化的偏转，从而控制该区域反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使得通过猫眼光学系统(4)原路反射的有效光束随驱动信号发生变化，进而产生随驱动信号变化的反射光强，即为逆向反射的调制通信光束；所述激光通信主动终端接收逆向反射的调制通信光束，完成通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，其特征在于，包括猫眼逆向调制终端(1)和位于其有效视场角内的若干激光通信主动终端；所述猫眼逆向调制终端(1)包括猫眼光学系统(4)、分光镜(5)、空间光调制器阵列(6)、光电探测器阵列(7)、信号采集单元(8)、调制器驱动(9)、信源(10)以及控制处理单元(11)；所述猫眼光学系统(4)接收各个激光通信主动终端发出的通信激光光束；所述分光镜(5)将猫眼光学系统(4)接收来的通信激光光束分别聚焦于空间光调制器阵列(6)不同区域上以及光电探测器阵列(7)的不同区域上；所述光电探测器阵列(7)对入射的通信激光光束进行光电转换，得到不同区域上的电信号；所述信号采集单元(8)将光电探测器阵列(7)传输的电信号发到控制处理单元(11)；所述控制处理单元(11)对接收到的不同区域上的电信号进行处理，分别得到处理结果；并从所述信源(10)处获取各个区域上对应的处理结果中要求发送的信息，分别进行编码后传输给调制器驱动(9)；所述调制器驱动(9)接收控制处理单元(11)发送的编码信号，并根据各编码信号产生随编码变化的驱动信号，以此控制空间光调制器阵列(6)对应区域相对于猫眼光学系统(4)光轴产生随驱动信号变化的偏转，从而控制该区域反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使得通过猫眼光学系统(4)原路反射的有效光束随驱动信号发生变化，进而产生随驱动信号变化的反射光强，即为逆向反射的调制通信光束；所述激光通信主动终端接收逆向反射的调制通信光束，完成通信。2.如权利要求1所述的一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统，其特征在于，所述激光通信主动端包括瞄准捕获跟踪单元和接收光学系统；瞄准捕获跟踪单元用...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华燕，张来线，赵延仲，郭惠超，樊桂花，梁丹华，张廷华，张天齐，任建迎，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11