一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统，包括混沌加密发射模块、焦距自适应模块、混沌解调接收模块、同步模块；焦距自适应模块，在地面发射平面光时根据信号耦合入光纤的耦合效率对等效焦距进行自动粗调，在卫星发送测试信号时根据误码测试仪的误码率对系统进行精调，从而实现空间混沌激光保密通信系统在指向误差影响下的最优耦合；本发明专利技术还公开了一种自调焦优化耦合的方法，本发明专利技术通过二次自调节可变焦透镜组的焦距，降低了人工调试成本，能够有效降低由于激光信号在传输中的指向误差带来的失配，改善通信质量，对空间混沌激光通信技术的发展和应用具有重要意义。要意义。要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光通信
，尤其涉及一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统及方法。

技术介绍

[0002]空间激光通信技术凭借其拥有传输带宽大，发散角小，抗干扰能力强等优点，同时在空间应用方面也有着通信系统体积小，质量轻和能耗低的优势，有着很有前景的市场，因此如何高效的实现该系统以及对系统特性的相应研究也成为了该领域的一大热点。
[0003]而在空间混沌激光通信中，采用相干通信实现高质量的自由空间混沌激光高速通信的同时，在接收端解调子系统部分需要将自由空间光信号引入到光纤中，这将会带来入纤耦合效率的问题。而由于跟瞄系统的噪声，卫星发射装置的振动等因素的影响，会使得耦合进入光纤的光功率产生指向误差，会极大的影响通信质量。
[0004]在实现自由自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信时最重要的是实现混沌同步，这关乎到是否能在接收系统中将信号解调出来。而由于光信号耦合入光纤的影响，会使得进入接收系统中一个光电探测器的光功率也发生随机抖动，而另一个进入光电探测器的光功率由于收恒定激光器的功率控制并不受影响，从而会产生接收光信号之间的失配，这就会导致通信系统在解调的时候混沌载波没办法完全消除，会带来额外的失配噪声，降低通信质量。目前已有的空间混沌激光通信系统对入纤耦合带来的失配并未进行很好的处理，通信质量较差，这样的空间混沌激光通信系统是存在缺陷的。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统及方法。
[0006]为实现本专利技术的目的，提供一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统，包括混沌加密发射模块、焦距自适应模块、混沌解调接收模块、同步模块；
[0007]所述焦距自适应模块包括光功率探测器一、光功率探测器二、可变焦透镜组、误码测试仪、焦距控制系统、电控滑轨；
[0008]所述焦距控制系统分别与光功率探测器一、光功率探测器二、可变焦透镜组、光纤透镜组距离控制系统和误码测试仪相连接；
[0009]当地面粗调时可变焦透镜组将空间信号光耦合进入光纤端面中，光功率探测器一在可变焦透镜组前探测进入可变焦透镜组的光功率，光功率探测器二在光纤端面后探测耦合进入光纤的光功率，焦距控制系统接收光功率探测器一和光功率探测器二的探测数据，进行相应的运算得到耦合效率，并产生相应的电信号作为控制信号作用于可变焦透镜组和电控滑轨，可变焦透镜组根据电信号利用电光效应等改变等效焦距，电控滑轨根据电信号控制透镜组和光纤端面的距离保持与透镜组的等效焦距一致，焦距控制系统根据耦合效率给出不断减小可变焦透镜组的等效焦距的控制信号，当耦合效率减小时停止减小可变焦透
镜组的等效焦距，回调焦距使得耦合效率达到最大值，此时空间混沌激光保密通信系统达到没有指向误差影响下的最优耦合；
[0010]当卫星通信精调时，可变焦透镜组将混沌加密发射模块发射到空间中传输的信号光耦合进入光纤中，光功率探测器二在光纤端面后探测耦合进入光纤的光功率并传输给同步模块，误码测试仪与混沌解调接收模块相连接，通过比混沌解调接收模块的解调信号和传输测试信号得到系统误码率，焦距控制系统根据误码率信号给出不断减小可变焦透镜组等效焦距的控制信号，当误码率开始增大时停止减小可变焦透镜组的等效焦距，回调焦距使得误码率达到最小值，此时空间混沌激光保密通信系统达到指向误差影响下的最优耦合。
[0011]在一个实施例中，所述混沌加密发射模块包括激光器一和发射端起振环路；
[0012]所述发射端起振环路分别与激光器一和待传输信号相连接，发射端起振环路接收激光器一发射的与待传输信号相同波长的恒功率激光产生混沌载波，同时传输信号进入发射端起振环路，在其中的耦合器与混沌载波进行耦合从而实现对信号的混沌加密，加密后信号进入大气信道向焦距自适应模块进行传输。
[0013]具体地，所述同步模块包括可调式衰减器、衰减器控制系统；
[0014]当卫星通信精调时，所述衰减器控制系统与光功率探测器二连接，衰减器控制系统接收光功率探测器二的探测数据，根据预设的激光器一的功率，给出控制可调式衰减器的衰减系数的电信号，使衰减器的衰减系数保持为两倍的激光器一的功率与光功率探测器二的探测值的比值；
[0015]所述可调式衰减器接收衰减器控制系统的控制信号，分别与焦距自适应模块和混沌解调接收模块相连接，信号经过焦距自适应模块的可变焦透镜组耦合进入光纤后，进入可调式衰减器中，经过可调式衰减器的衰减再进入混沌解调接收模块的接收端起振环路和光电探测器一，保证进入接收端起振环路和发射端起振环路的反馈信号光功率的理论输入同步，降低空间混沌激光保密通信系统的失配。
[0016]具体地，所述混沌解调接收模块包括激光器二、接收端起振环路、光电探测器一、光电探测器二、解调器；
[0017]所述接收端起振环路分别与激光器二、光电探测器二、可调式衰减器相连接，接收端起振环路与发射端起振环路的参数完全相同，接收端起振环路接收激光器二发射的与待传输信号相同波长的恒功率激光，并以从可调式衰减器传输来的信号作为反馈信号，产生与发射端相同状态的混沌载波；
[0018]所述解调器与光电探测器一、光电探测器二、误码测试仪相连接，光电探测器一将从同步模块传输进混沌解调接收模块的光信号转化为对应的电信号，光电探测器二将接收端起振环路传输的光信号转化为对应的电信号，将光电探测器一和光电探测器二输出的电信号输入解调器中，解调器对两路电信号进行减法运算后恢复出待传输信号。
[0019]一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一、进行地面粗调，启动地面光源，发射与待传输信号同波长的恒功率平行光，调整电控滑轨上可变焦透镜组的和光纤的光学中心至同一水平线，观察光功率探测器二的示数，当光功率探测器二出现示数认为光初步耦入光纤；
[0021]步骤二、开启光功率探测器一和光功率探测器二，将探测到的光功率数据传输给
焦距控制系统，焦距控制系统对比数据得到耦合效率，以得到不断减小可变焦透镜组等效焦距的控制信号，电控滑轨根据该信号控制透镜组和光纤端面的距离等于等效焦距，可变焦透镜组根据该信号减小焦距；当耦合效率减小时停止减小可变焦透镜组的等效焦距，回调焦距使得耦合效率达到最大值，此时达到没有指向误差影响下的最优耦合，认为地面粗调完成；
[0022]步骤三、进行卫星通信精调，关闭地面光源和光功率光电探测器一，将光功率光电探测器二的探测数据传输给衰减器控制系统，启动卫星上的混沌加密发射模块和地面的混沌解调接收模块；
[0023]步骤四、混沌加密发射模块发射混沌载波信号，衰减器控制系统根据光功率探测器二的功率数据和激光器一的功率，控制可调式衰减器的衰减系数为两倍激光器一的功率比光功率探测器二的功率数据，确保进入光电探测器一、二的光功率幅值相匹配，调整发射端起振环路和接收端起振环路的参数匹配，实现混沌同步。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统，其特征在于，包括混沌加密发射模块、焦距自适应模块、混沌解调接收模块、同步模块；所述焦距自适应模块包括光功率探测器一、光功率探测器二、可变焦透镜组、误码测试仪、焦距控制系统、电控滑轨；所述焦距控制系统分别与光功率探测器一、光功率探测器二、可变焦透镜组、光纤透镜组距离控制系统和误码测试仪相连接；当地面粗调时可变焦透镜组将空间信号光耦合进入光纤端面中，光功率探测器一在可变焦透镜组前探测进入可变焦透镜组的光功率，光功率探测器二在光纤端面后探测耦合进入光纤的光功率，焦距控制系统接收光功率探测器一和光功率探测器二的探测数据，进行相应的运算得到耦合效率，并产生相应的电信号作为控制信号作用于可变焦透镜组和电控滑轨，可变焦透镜组根据电信号利用电光效应等效应改变等效焦距，电控滑轨根据电信号控制透镜组和光纤端面的距离保持与透镜组的等效焦距一致，焦距控制系统根据耦合效率给出不断减小可变焦透镜组的等效焦距的控制信号，当耦合效率减小时停止减小可变焦透镜组的等效焦距，回调焦距使得耦合效率达到最大值，此时空间混沌激光保密通信系统达到没有指向误差影响下的最优耦合；当卫星通信精调时，可变焦透镜组将混沌加密发射模块发射到空间中传输的信号光耦合进入光纤中，光功率探测器二在光纤端面后探测耦合进入光纤的光功率并传输给同步模块，误码测试仪与混沌解调接收模块相连接，通过比混沌解调接收模块的解调信号和传输测试信号得到系统误码率，焦距控制系统根据误码率信号给出不断减小可变焦透镜组等效焦距的控制信号，当误码率开始增大时停止减小可变焦透镜组的等效焦距，回调焦距使得误码率达到最小值，此时空间混沌激光保密通信系统达到指向误差影响下的最优耦合。2.根据权利要求1所述的一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统，其特征在于，所述混沌加密发射模块包括激光器一和发射端起振环路；所述发射端起振环路分别与激光器一和待传输信号相连接，发射端起振环路接收激光器一发射的与待传输信号相同波长的恒功率激光产生混沌载波，同时传输信号进入发射端起振环路，在其中的耦合器与混沌载波进行耦合从而实现对信号的混沌加密，加密后信号进入大气信道向焦距自适应模块进行传输。3.根据权利要求2所述的一种自调焦优化耦合的空间混沌激光保密通信系统，其特征在于，所述同步模块包括可调式衰减器、衰减器控制系统；当卫星通信精调时，所述衰减器控制系统与光功率探测器二连接，衰减器控制系统接收光功率探测器二的探测数据，根据预设的激光器一的功率，给出控制可调式衰减器的衰减系数的电信号，使衰减器的衰减系数保持为两倍的激光器一的功率与光功率探测器二的探测值的比值；所述可调式衰减器接收衰减器控制系统的控制信号，分别与焦距自适应模块和混沌解调接收模块相连接，信号经过焦距自适应模块的可变焦透镜组耦合进入光纤后，进入可调式衰减器中，经过可调式衰减器的衰减再进入混沌解调接收模块的接收端起振...

【专利技术属性】
技术研发人员：李密，李佳翰，陈纪笋，李博宇，傅万旺，宋跃江，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：