用于飞行器的模块化激光通信系统技术方案

一种用于飞行器的模块化激光通信系统，包括：多个光学头单元；至少一个单独的激光发射单元；至少一个激光接收单元；至少一个光纤，该至少一个光纤用于每个光学头单元；至少一个光学交换装置，用于将这些光学头单元中的至少一者和该至少一个单独的激光发射单元中的至少一者选择性地耦合；以及中央控制单元，其中，这些光学头单元通过该至少一个光纤连接到该至少一个光学交换装置，其中该控制单元被适配成通过将这些光学头单元中的、在处于飞行器外部的至少一个目标的自由视线内的至少一个光学头单元耦合到该至少一个单独的激光发射单元来控制基于激光的数据通信，并且该控制单元被适配成调制该至少一个单独的激光发射单元的操作以发射信号。操作以发射信号。操作以发射信号。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的模块化激光通信系统


[0001]本专利技术涉及一种激光通信系统，以及一种具有这样的激光通信系统的飞行器。

技术介绍

[0002]众所周知，向载运工具(例如，空中平台)中提供激光通信能力,使得平台作为网状网络中的节点进行操作或以点对点通信进行操作。于是，平台配备有多个光学头，该多个光学头包括通过摇移俯仰机构可调节朝向的激光收发器。为了提供全面覆盖，需要多个光学头，其中，光学头数量在很大程度上取决于平台的形状。大量光学头会导致重量和功率需量增加。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于飞行器的激光通信系统，其复杂性降低、大小减小、重量减轻，并且功率需量降低，该激光通信系统能够提供的能力与已知系统能够提供的能力基本上相同。
[0004]此目的通过根据下文所述的激光通信系统得以实现。有利的实施例和进一步的改进可以从以下描述中收集。
[0005]提出了一种用于飞行器的激光通信系统，其包括：多个光学头单元；至少一个单独的激光发射单元；至少一个激光接收单元；至少一个光纤，该至少一个光纤用于每个光学头单元；至少一个光学交换装置，该至少一个光学交换装置用于将这些光学头单元中的至少一者和至少一个单独的激光发射单元中的至少一者选择性地耦合；以及中央控制单元，其中，这些光学头单元通过该至少一个光纤连接到该至少一个光学交换装置，其中这些光学头单元各自包括光轴，光平行于光轴被发射或接收，其中这些光学头单元各自包括至少一个光学瞄准机构，该至少一个光学瞄准机构用于调节相应的光轴，其中该至少一个单独的激光发射单元包括激光器和高功率光学放大器，并且其中该控制单元与该至少一个光学交换装置、该至少一个激光发射单元、该至少一个激光接收单元和这些光学头单元耦合，并且控制单元被适配成通过将这些光学头单元中的、在处于飞行器外部的至少一个目标的自由视线内的至少一个光学头单元耦合到该至少一个单独的激光发射单元来控制基于激光的数据通信，并且控制单元被适配成调制该至少一个单独的激光发射单元的操作以发射信号。
[0006]因此，通信系统的核心部件是该至少一个光学交换装置和控制单元，该至少一个光学交换装置和控制单元与光学头单元和该至少一个激光发射单元一起形成激光通信系统，该激光通信系统是模块化的，并且在重量、大小和功率需量方面具有若干优点。
[0007]光学头单元被放置在跨飞行器机身、在策略上适合的位置，这取决于期望的覆盖、预期的飞行器运动行为、以及通过结构特征或排出气体或烟雾而潜在的遮挡。例如，可以使用六个或更多个光学头单元，这六个或更多个光学头单元可以被放置在前侧、后侧、机翼上、机腹整流罩、尾翼或其他零件处，其中，光学头单元可以布置在顶表面、底表面和/或侧
表面上。光学头单元可以彼此成一定距离地布置。这些光学头单元可以安装在飞行器的若干侧上，而且若干个光学头单元可以布置在同一侧上，但彼此相距相对较远，这支持补偿来自光学头单元的其他位置的遮挡。这些光学头单元用于将窄光束传递到目标和/或接收来自目标的窄光束，以与目标通信。为此，光学头单元各自包括可调节的光轴，该光轴可以由透镜和/或孔径来限定，光会穿过光轴，其中光轴的朝向可调节。
[0008]其实，光学头单元可以包括一定直径(比如对于空中平台来说大约2cm至15cm)的孔径。对于航天器来说，大型GEO卫星的直径可以上至40cm至50cm。在以地面为基础的应用中，直径甚至可以为80cm至100cm。进一步地，可以提供一些(可选的)用于对光进行引导的中继光学器件。仍进一步地，可以提供用于将光从孔径大小向下压缩至某个值的望远镜(可以通过透镜或镜子实现)。这个值可以是0.5”或更小。如下文进一步解释的，光学头单元包括转向机构(“光学瞄准机构”)，以瞄准到期望的方向。
[0009]每个光学头单元包括光学瞄准机构。光学瞄准机构可以包括多个致动器，该多个致动器机械联接到相应的光学头单元的光学元件。可以优选的是，提供摇移俯仰机构，该摇移俯仰机构通过绕两个横切轴线转动来调节光轴。因此，如果目标在光学头的运动范围之内，那么从相应的光学头单元发射的激光束可以被引导到目标。例如，摇移俯仰机构可以可操作以提供绕两个转动轴线的上至+/
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60度的转动运动。因此，每个光学头单元的出射孔可以被限制在(半)共形窗，与传统激光通信系统中所使用的传统转台或光学球罩相比，这将大幅度地最小化对阻力和隐蔽性的不利影响。
[0010]光学头单元中的每个光学头单元通过至少一个光纤连接到光学交换装置。在第一变体中，激光束的生成是在与光学头单元分开的地点完成的。然后，激光束被传送到所选择的光学头单元。因此，产生激光束所需的部件均不需要被放置在光学头单元内部。因此，光学头单元的尺寸可以被设置成小于常见光学头，并且这些光学头元件所需的功率明显较少。
[0011]通信系统可以用于载运工具(比如飞行器、航天器、在地面或水中进行操作的载运工具)中。然而，该系统也可以用于光学地面站网络中，这可适用于像光学GEO馈线链路等场景。
[0012]在另外的变体中，接收到的激光束还从相应的光学头被传送到在光学头单元外部的转换器。因此，光学头单元中也不需要电光转换器，这使得空间和重量进一步减小。
[0013]光学放大器可操作以放大由激光器生成的激光束。例如，光学放大器被设置呈高功率光纤放大器的形式。这可以基于固态泵浦镱掺杂或铒镱共掺杂光纤技术。可设想到的是，这样的放大器可以为预期用途提供5W至15W范围内的功率。
[0014]光学交换装置用于将激光从至少一个激光发射单元路由到相应的光学头单元。因为激光发射单元包括激光器和高功率光学放大器，所以光学交换装置需要以高功率处置光学信号的交换。可设想到的是，光学交换装置基于微机电系统(MEMs)，该微机电系统包括镜子可移动的镜子矩阵。还设想了基于波导或马赫
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曾德尔调制器(Mach
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Zehnder modulator)的光学交换装置。
[0015]中央控制单元构成控制所述至少一个光学交换装置、所述至少一个激光发射单元以及光学头单元的操作的核心部件。可设想到的是，中央控制单元能够接收来自飞行器内部的另一个装置的数据流，并且可操作以控制激光通信系统的部件将数据流通过光学头单
元传送到相应的目标。与此类似，中央控制单元也可以可操作以控制激光通信系统的部件基于由光学头单元接收到的激光束将数据流提供给飞行器内部的另一个装置。
[0016]还可以设想到的是，中央控制单元可操作以至少支持光学头单元跟踪相应的目标。这可以示例性地通过使用来自初始测量单元(IMU)、飞行控制计算机或适合于此目的的另一种装置的数据进行。一个任务可以包括确定光学头单元中的哪一个光学头单元包括朝相应目标的自由视线。然后，控制单元可以控制所述至少一个光学交换装置将激光束路由到适合的光学头单元。
[0017]在有利的实施例中，所述系统包括M个光学头单元和N个激光发射单元，其中，N<M。这种比例在重量、大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光通信系统(4，52)，所述激光通信系统包括
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多个光学头单元(6，54)；
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至少一个单独的激光发射单元(12)；
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至少一个激光接收单元(14)；
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至少一个光纤(16)，所述至少一个光纤用于每个光学头单元(6，54)；
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至少一个光学交换装置(10)，所述至少一个光学交换装置用于将所述光学头单元(6，54)中的至少一者和所述至少一个单独的激光发射单元(12)中的至少一者选择性地耦合；以及
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中央控制单元(8)，其中，所述光学头单元(6，54)通过所述至少一个光纤(16)连接到所述至少一个光学交换装置(10)，其中，所述光学头单元(6，54)各自包括光轴(18)，光平行于所述光轴被发射或接收，其中，所述光学头单元(6，54)各自包括至少一个光学瞄准机构，所述至少一个光学瞄准机构用于调节相应的光轴(18)，其中，所述至少一个单独的激光发射单元(12)包括激光器(21)和光学放大器(22)，并且其中，所述控制单元(8)与所述至少一个光学交换装置(10)、所述至少一个激光发射单元(12)、所述至少一个激光接收单元(14)以及所述光学头单元(6，54)耦合，并且所述控制单元被适配成通过将所述光学头单元(6，54)中的、在处于飞行器(2)外部的至少一个目标(20)的自由视线内的至少一个光学头单元耦合到所述至少一个单独的激光发射单元(12)来控制基于激光的数据通信，并且所述控制单元被适配成调制所述至少一个单独的激光发射单元(12)的操作以发射信号。2.根据权利要求1所述的激光通信系统(4，52)，其中，所述系统(4，52)包括M个光学头单元(6，54)和N个激光发射单元(12)，其中N<M。3.根据权利要求1或2所述的激光通信系统(4，52)，其中，所述至少一个激光接收单元(14)包括电光转换器(24)，所述电光转换器能够与所述控制单元(8)电耦合。4.根据权利要求3所述的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡多，
申请(专利权)人：空中客车简化股份公司，
类型：发明
国别省市：