离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种离心聚焦式广角度抗振动空间光通信接收机，包括：N个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面，N＞1；N个探测器，各探测器的一个顶角分别位于各聚光模块的焦点处，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号；以及处理模块，用于对各探测器探测到的探测信号进行处理，确定发射所述光源的位置信息。此外，本发明专利技术还提供了一种离心聚焦式广角度抗振动空间光通信系统。本发明专利技术的接收机的探测器和聚光模块一一对应，组成聚光‑探测模组，形成非对称结构，且每个探测器的一个顶角位于各聚光模块的焦点处，能够分别探测不同入射方向的光信号，能够实现接收机的广角接收和稳定抗振。

Centrifugal focusing wide-angle vibration resistant receiver and system for space optical communication

The invention provides a centrifugal focusing wide-angle anti-vibration space optical communication receiver, which comprises: N focusing modules for receiving optical signals carrying data signals and converging the optical signals to the focus surface of each focusing module, N > 1; N detectors, each with a top angle located at each focusing module. At the focal point of the detector, an optical signal for detecting the convergence of the focusing module is detected; and a processing module is used for processing the detection signal detected by each detector to determine the position information for transmitting the light source. In addition, the invention also provides a centrifugal focusing wide-angle anti vibration space optical communication system. The detector and the focusing module of the receiver of the present invention correspond one by one to form a focusing detection module, forming an asymmetrical structure, and one top angle of each detector is located at the focal point of each focusing module, which can detect light signals in different incident directions respectively, and can realize wide-angle reception and stable anti-vibration of the receiver.

【技术实现步骤摘要】
离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统
本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统。
技术介绍
自由空间光通信技术自从被提出以来，一直受到光通信领域研究人员的高度重视。空间光通信技术具有带宽高、保密性好、无需波段申请等优点，被认为可以取代微波通信，成为下一代通信系统的主要手段。然而由于激光的准直传输特点，常规空间光通信系统要求发射端和接收端相互高度对准，根据通信系统设计的区别，对准精度通常要求在0.1mrad-10mrad不等，为了实现上述精度要求，设计了各种复杂而庞大的捕跟瞄系统。然而，上述捕跟瞄系统体积庞大，而且难以实现连续快速准确对准，无法在运动中的车辆、飞行器或者单人设备上使用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统，以解决上述的至少一项技术问题。(二)技术方案本专利技术的一方面，提供了一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机，包括：N个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面，N＞1；N个探测器，各探测器的一个顶角分别位于各聚光模块的焦点处，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号；以及处理模块，用于对各个探测器探测到的探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息并恢复所述数据信号。在本专利技术的一些实施例中，所述光信号为可见光、紫外线或者红外线。在本专利技术的一些实施例中，所述聚光模块为透镜和/或反射镜，且所述聚光模块的表面上镀有与所述光信号的波长范围一致的滤光膜。在本专利技术的一些实施例中，所述光信号的格式为二进制强度调制OOK格式、脉冲幅度调制PAM格式、脉冲宽度调制PWM格式或者模拟信号幅度调制。在本专利技术的一些实施例中，所述光源的位置信息是根据各探测器上的光强分布情况计算得出的。在本专利技术的一些实施例中，所述处理模块为FPGA芯片。在本专利技术的一些实施例中，所述探测器为硅基光电探测器和铟镓砷磷探测器。本专利技术的另一方面，还提供了一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信系统，包括：发射机，包括：电路模块，用于将外部输入的数据信号进行处理；激光模块，用于发射激光信号，并调制所述电路模块输出的处理后的信号，以得到所述光信号；以及以上任一所述的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机。在本专利技术的一些实施例中，所述激光模块为半导体激光器、固体激光器或气体激光器。(三)有益效果本专利技术的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统，相较于现有技术，至少具有以下优点：1、接收机的探测器和聚光模块一一对应，组成聚光-探测模组，形成非对称结构，且每个探测器的一个顶角位于各聚光模块的焦点处，能够分别探测不同入射方向的光信号，能够实现接收机的广角接收和稳定抗振。2、该系统发射端信号广角发送，接收端信号广角探测，当通信双方因为外界环境而发生振动、转动时，只要振动和转动幅度小于光斑尺寸和接收角度，就可以保持通信。3、本系统只采用与聚光模块相同数量的探测器，其结构简单，成本低廉，具有极强的实用价值。4、接收端能够直接从信号光中分析并提取其信息位置，无需额外的信标光和探测器，配合低速简单的机械伺服系统，或者捕跟瞄系统，即可实现快速对准、稳定抗振的空间光通信链路。附图说明图1为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机的结构示意图。图2为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机的俯视图。图3为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机的侧视图。图4为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信系统的结构示意图。具体实施方式基于现有技术的空间光通信接收角度小抗振性能差，本专利技术提供了一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机及系统，接收机的探测器和聚光模块一一对应，组成聚光-探测模组，形成非对称结构，且每个探测器的一个顶角位于各聚光模块的焦点处，能够分别探测不同入射方向的光信号，能够实现接收机的广角接收和稳定抗振。为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例的一方面，提供了一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机，图1为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机的结构示意图，如图1所示，该接收机1包括：N个聚光模块11、N个探测器12和处理模块13。N个聚光模块11，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块11的焦曲面，N＞1，其中，所述数据信号可以为数字信号或者模拟信号。其中，所述光信号可以为可见光、紫外线或者红外线，实际上，光信号作为载波，不限波长范围。。数据信号可以采用直调模式直接加载到激光器上，也可以采用外调模式将激光器输出的光信号通过外调激光器，然后输出。光信号的格式可以为二进制强度调制OOK格式、脉冲幅度调制PAM格式、脉冲宽度调制PWM格式或者模拟信号幅度调制。所述聚光模块11可以为透镜和/或反射镜。也就是说，聚光模块11可以是多片透镜组成的透镜组，也可以采用反射镜替代其中部分或全部透镜。优选地，聚光模块1111可以镀与所述光信号的波长范围一致的滤光膜。这样，发射端和接收端信号处理模块，可以增加前向纠错编码，降低通信系统误码率。N个探测器12，各探测器12的一个顶角分别位于各聚光模块11的焦点处，用于探测所述聚光模块11汇聚的光信号。所述探测器12可以为硅基光电探测器12、铟镓砷磷探测器12等其他类型的探测器12，本专利技术不作限制。接收机1的每一个探测器12对应一个聚光模块11，组成一个聚光-探测模组，每个聚光-探测模组中的聚光模块11与探测器12的相对位置不同，且每个探测器12的一个顶角位于各聚光模块11的焦点处，形成非对称结构，分别探测不同入射方向的光信号，能够实现接收机1的广角接收和稳定抗振。处理模块13，所述处理模块13可以为FPGA(现场可编程门阵列)芯片、高速单片机芯片或者其他类型的芯片，用于对各探测器12探测到的探测信号进行处理，确定发射所述光源的位置信息并恢复所述数据信号。其中，优选为FPGA芯片，能够实现程序的可编程，以实现更多的不同功能。还需说明的是，所述光源的位置信息是根据各探测器上的光强分布情况计算得出的，一般来说，光强越强的探测器离光源越近，光强越弱的探测器离光源越远，具体的位置还需通过计算获得。图1中接收端的聚光模块和探测器需要一一对应，每个收发模块中“透镜模块-探测器”的数量可以为4组。采用更少数目(如2组)或者更多数目(如6组或9组)的透镜组需要合理排布各个模块的空间位置。接收端所有透镜可以镀滤光膜，滤光膜透过波长需要与激光器输出波长保持一致。接收端的处理模块需要将多个探测器接收到的光信号进行分析，还原发射信号，并根据探测器上的光信号强弱分布，输出光源的位置信息，该信息可用于后续的加装机械伺服结构后的机械对准过程。图2为本专利技术实施例的离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机的俯视图，如图2所示，图中四个圆代表四片透镜，透镜中央的远点代表焦点位置，四个方块代表放置在PCB板上的四个探测器。在该设计中，聚光模块由单个聚光透镜组成，四枚聚光透镜焦点分别对准四片探测器顶角，距离探测器两边均为1mm，每一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机，包括：N个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面，N＞1；N个探测器，各探测器的一个顶角分别位于各聚光模块的焦点处，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号；以及处理模块，用于对各个探测器探测到的探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息并恢复所述数据信号。

【技术特征摘要】
1.一种离心聚焦式广角度抗振动的空间光通信接收机，包括：N个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面，N＞1；N个探测器，各探测器的一个顶角分别位于各聚光模块的焦点处，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号；以及处理模块，用于对各个探测器探测到的探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息并恢复所述数据信号。2.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述光信号为可见光、紫外线或者红外线。3.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述聚光模块为透镜和/或反射镜，且所述聚光模块的表面上镀有与所述光信号的波长范围一致的滤光膜。4.根据权利要求1所述的接收机，其中，所述光信号的格式为二进制强度调制OOK格式、脉冲幅度调制PAM格...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，王跃辉，王姣姣，赵泽平，齐艺超，
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