一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置制造方法及图纸

一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置，涉及空间激光通信领域。针对目前通信激光束散角较小，很难实现广播式的一对多同时通信，无法满足卫星互联网多点信息同时交互传输的需求，本申请提出了一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置，包括：从光端机A、从光端机B、从光端机C和主光端机；主光端机包括：抛物面反射镜光学天线、滤光片、分光镜、信标光调制与伺服测控板、波分复用通信发射机、解波分复用通信接收机和通信基带与光电交换板；通过PSD位置传感器对信标光位置进行解算；伺服测控板根据经过信标调制的解算结果控制抛物面反射镜的摆动角度；适合在偏远地区提供通信服务的应用中。用中。用中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置


[0001]涉及空间激光通信领域，特别涉及一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置。

技术介绍

[0002]卫星互联网通信通过发射一定数量的卫星群，构建一个对地球全覆盖的网络，为地面基站覆盖不到的海洋、沙漠等偏远地区提供通信服务。目前卫星互联网的信息传输主要是借助微波通信，受载波频率、功率等条件的限制，卫星间的微波通信传输速率在每秒百兆数量级，无法满足5G网络大容量数据实时传输的需求。空间激光通信具备传输速率高、功耗低、体积小、无带宽限制等优点，在移动网络、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。但由于通信激光束散角较小，很难实现广播式的一对多同时通信，无法满足卫星互联网多点信息同时交互传输的需求。为实现空间信息网络中多节点的激光高速数据传输，国内外均开展了相关技术和方法的研究，但相关研究成果较少。
[0003]姜会林等人提出了基于旋转抛物面光学原理的一对多同时空间激光通信方法(期刊：中国激光，2015年，42卷4期，0405008)，在信标光与跟踪相机一一对应的情况下实现了多光束同时跟踪，可在空间大范围内实现一对多同时激光通信。该系统经过8年的发展，已经实现了一对二的外场动态试验和一对三的实验室内演示验证。但是，上述方案由于多个信标光束跟踪原理和结构的限制，虽然光学天线分系统和中继光学分析系统能够将多光束的合并接收，但后续收发光分系统仍需要独立的信标跟踪相机与外部输入的信标光束一一对应，实现每个光束独立跟踪。即单一的跟踪相机无法同时跟踪多个光斑到同一跟踪点，限制了后续伺服控制系统的联动效果，导致跟踪效果不佳的缺点。
[0004]同时，在光端机装调过程中的容易产生误差，导致通信光与信标光出现不同轴的现象，即将信标光跟踪至跟踪相机靶心时，此时接收通信功率并不是通信光接收的最大值点，导致不必要的接收通信光能量损耗。针对这一问题，田明广等人提出了一种基于PSD位置传感器的通信与跟踪复合的方法及装置(受理号2021109619182申请日为2021年8月20日)，公开了一种采用PSD位置探测器接收光束转化为电信号，通过跨阻放大、转换为压电信号进入AD采集模块，再分别输出光束调制信息的解调结果和光束重心位置的方法，实现了将空间激光系统中通信与跟踪复合的目的，免去了实现通信光实时跟踪信标光的步骤，也避免了在设备安装过程中因为传感器的安装与探测器不同轴，导致通信光无法完全对准在探测器靶面上的问题。

技术实现思路

[0005]针对目前通信激光束散角较小，很难实现广播式的一对多同时通信，无法满足卫星互联网多点信息同时交互传输的需求，本申请结合
技术介绍
中基于旋转抛物面光学原理的一对多同时空间激光通信方法的天线和一种基于PSD位置传感器的通信与跟踪复合的方
法提出了一种基于码分多址的空间激光通信组网多光斑同时跟踪方法及装置，具体为：
[0006]一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，所述方法为：
[0007]三个从光端机围绕所述的主光端机，且相互之间夹角为120
°
；所述三个从光端机包括从光端机A、从光端机B、从光端机C；
[0008]所述的抛物面反射光学天线接收三个从光端机发送的三组光束，每组光束包括一束信标光与一束通信光，所述的抛物面反射光学天线将接收的所有光束转换成平行光之后发射至所述的800/1550nm宽带滤光片，所述的800/1550nm宽带滤光片将接收到的平行光中的三束通信光反射到空间光耦合器上，将平行光中的三束信标光透射后、再经所述的分光片透射后发射至PSD位置传感器的靶面上；
[0009]所述的信标激光器用于在信标光调制与伺服测控板的控制下发射经码分多址的方法调制的发射信标光；所述发射信标光发射至所述的分光片、经该分光片将所述的发射信标光折射后、经所述的800/1550nm宽带滤光片透射之后入射至所述的抛物面反射镜光学天线；
[0010]所述的PSD位置传感器输出电信号至信标光调制与伺服测控板；
[0011]所述的信标光调制与伺服测控板用于将接收到的信号进行解算获得解算结果，所述的解算结果为三个信标光的光斑实际位置；还用于根据所述解算结果控制抛物面反射镜光学天线中抛物面反射镜的摆动角度，使所述的三个通信光精准入射至所述的空间光耦合器上，实现稳定通信。
[0012]进一步，所述的信标光调制与伺服测控板用于将接收到的信号进行解算获得结算结果，是通过软件实现的，具体解算过程为：
[0013]通过本地codeNCO在频率字的驱动下生成对应码型的三个PRN码，分别为：PRN1、PRN2和PRN3的步骤；
[0014]将所述的三个PRN码分别分为三个不同相位，分别为：超前PRN1码、当前PRN1码、滞后PRN1码、超前PRN2码、当前PRN2码、滞后PRN2码、超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码的步骤；
[0015]将所述的信标信号x1与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；
[0016]将所述的信标信号x1与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；
[0017]将所述的信标信号x1与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；
[0018]将所述的信标信号x2与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；
[0019]将所述的信标信号x2与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；
[0020]将所述的信标信号x2与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；
[0021]将所述的信标信号y1与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；
[0022]将所述的信标信号y1与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；
[0023]将所述的信标信号y1与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；
[0024]将所述的信标信号y2与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；
[0025]将所述的信标信号y2与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；
[0026]将所述的信标信号y2与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；
[0027]通过鉴相运算对上述的12个互相关运算的结果进行处理，分别根据处理结果调整对应的PRN1、PRN2和PRN3码，使当前码的相关峰的值为1，并采集三个当前PRN码分别对应的ρ的值的步骤；所述的ρ为三个当前码对应的x1、x2、y1和y2；
[0028]根据所述的三个当前PRN码对应的ρ的值分别计算PSD位置传感器靶面上三个光斑的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，其特征在于，所述方法为：三个从光端机围绕所述的主光端机(1)，且相互之间夹角为120
°
；所述三个从光端机包括从光端机A(2)、从光端机B(3)、从光端机C(4)；所述的抛物面反射光学天线接收三个从光端机发送的三组光束，每组光束包括一束信标光与一束通信光，所述的抛物面反射光学天线将接收的所有光束转换成平行光之后发射至所述的800/1550nm宽带滤光片(6)，所述的800/1550nm宽带滤光片(6)将接收到的平行光中的三束通信光反射到空间光耦合器(12)上，将平行光中的三束信标光透射后、再经所述的分光片(7)透射后发射至PSD位置传感器(8)的靶面上；所述的信标激光器(10)用于在信标光调制与伺服测控板(11)的控制下发射经码分多址的方法调制的发射信标光；所述发射信标光发射至所述的分光片(7)、经该分光片(7)将所述的发射信标光折射后、经所述的800/1550nm宽带滤光片(6)透射之后入射至所述的抛物面反射镜光学天线(5)；所述的PSD位置传感器(8)输出电信号至信标光调制与伺服测控板(11)；所述的信标光调制与伺服测控板(11)用于将接收到的信号进行解算获得解算结果，所述的解算结果为三个信标光的光斑实际位置；还用于根据所述解算结果控制抛物面反射镜光学天线(5)中抛物面反射镜的摆动角度，使所述的三个通信光精准入射至所述的空间光耦合器(12)上，实现稳定通信。2.根据权利要求1所述的一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，其特征在于，所述的信标光调制与伺服测控板(11)用于将接收到的信号进行解算获得结算结果，是通过软件实现的，具体解算过程为：通过本地codeNCO(21)在频率字的驱动下生成对应码型的三个PRN码，分别为：PRN1、PRN2和PRN3的步骤；将所述的三个PRN码分别分为三个不同相位，分别为：超前PRN1码、当前PRN1码、滞后PRN1码、超前PRN2码、当前PRN2码、滞后PRN2码、超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码的步骤；将所述的信标信号x1与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号x1与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号x1与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号x2与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号x2与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号x2与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号y1与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算
的步骤；将所述的信标信号y1与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号y1与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号y2与所述的超前PRN1码、当前PRN1码和滞后PRN1码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号y2与所述的超前PRN2码、当前PRN2码和滞后PRN2码进行互相关运算的步骤；将所述的信标信号y2与所述的超前PRN3码、当前PRN3码和滞后PRN3码进行互相关运算的步骤；通过鉴相运算对上述的12个互相关运算的结果进行处理，分别根据处理结果调整对应的PRN1、PRN2和PRN3码，使当前码的相关峰的值为1，并采集三个当前PRN码分别对应的ρ的值的步骤；所述的ρ为三个当前码对应的x1、x2、y1和y2；根据所述的三个当前PRN码对应的ρ的值分别计算PSD位置传感器(8)靶面上三个光斑的位置的步骤；所述的计算PSD位置传感器(8)靶面上光斑的位置，具体为：根据以下公式：SD位置传感器(8)靶面上光斑的位置，具体为：根据以下公式：其中，Δ
nx
表示光斑重心在x轴方向上的实际位置，Δ
ny
表示光斑重心在y轴方向上的实际位置，P
nx1
、P
nx2
、P
ny1
和P
ny2
为所述的ρ，且分别为当前码对应的x1、x2、y1和y2的值，L为PSD位置传感器(8)靶面半尺寸。3.根据权利要求1所述的一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，其特征在于，所述的分光片(7)为波长分光片。4.根据权利要求1所述的一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，其特征在于，所述的光纤环形器(13)为渐变折射率光纤环形器。5.根据权利要求1所述的一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的方法，其特征在于，所述的信标光调制与伺服控制板同时具备码分多址的电信号输出功能、PSD信标光位置与信标光通信数据解算功能和单摆转动角度控制功能。6.一种基于码多分址的空间激光通信网多光斑同时跟踪的装置，其特征在于，所述装置包括：三个从光端机和一个主光端机(1)；所述的三个从光端机围绕所述的主光端机(1)，且相互之间夹角为120
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于笑楠，鲁郁，董岩，张磊，田明广，赵佰秋，王潼，王俊尧，姜会林，佟首峰，董科研，宋延嵩，张梓琪，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：