一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，涉及自由空间光通信技术领域，为达到上述目的，本发明专利技术的技术方案为：系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，各个通道接收到分立的光强信号经由光纤传递到探测器上；九个复眼通道中，位于中心的复眼通道采用透镜组实现光斑聚焦，非中心的复眼通道采用四角棱镜与自由曲面棱镜结合的形式引入畸变以扩大视场，非中心的复眼通道与中心的复眼通道结合，通过对称排布实现全空间通信信号接收。本发明专利技术能够应用于自由空间光通信链路中，在不同方位角上对称放置实现4π方位角内的全空间通信信号接收。角内的全空间通信信号接收。角内的全空间通信信号接收。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统


[0001]本专利技术涉及自由空间光通信
，具体涉及一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统。

技术介绍

[0002]现代通信系统中，自由空间光通信因其高速、大容量及大带宽等优点引起了广泛的关注，成功地应用于空间、星间、机载和星对地通信任务中。为了保持高速光通信系统中的有效光学链接，特别是在具有多节点发射
‑
接收通信系统中，接收系统需实时地依据发射系统信号发射方向而动态调整姿态，然而姿态的调整可能导致局部网络的瘫痪。
[0003]一般可采用两种方式解决上述问题：一是增加发射系统与接收系统的数量，这无疑会加大通信网络系统的构建花销；二是扩大接收系统的覆盖范围，这对接收器提出了类似于无线通信中天线具备的大视场、小型化和高增益等要求。
[0004]传统通信接收系统中，用于信号光采集的透镜多为单孔径结构，其接收视场角有限且抗干扰能力差。国内公布的大覆盖范围的接收系统专利多基于曲面微透镜阵列实现多孔径接收，例如申请公布号为CN 112462387 A、CN 2059本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，各个通道接收到分立的光强信号经由光纤传递到探测器上；所述九个复眼通道中，位于中心的复眼通道采用透镜组实现光斑聚焦，非中心的复眼通道采用四角棱镜与自由曲面棱镜结合的形式引入畸变以扩大视场，非中心的复眼通道与中心的复眼通道结合，通过对称排布实现全空间通信信号接收。2.如权利要求1所述的一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，系统由三行乘三列的排布方式的九个复眼通道构成，具体为：中心复眼通道位于整个系统中心位置；非中心的复眼通道包括4个轴向复眼通道和4个对角复眼通道；以中心复眼通道所在位置为原点，构建系统坐标系，向右为z轴正向，向上为y轴正向，垂直纸面向里为x轴正向；4个轴向复眼通道的光学信号入口中心点至原点的连线与Z轴正半轴所成角度分别为0
°
、90
°
、180
°
和360
°
；4个对角复眼通道的光学信号入口中心点至原点的连线与Z轴正半轴所成角度分别为45
°
、135
°
、225
°
和315
°
。3.如权利要求1所述的一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，中心复眼通道由信号收集系统(10)，光纤(11)和中心复眼通道探测器(12)构成；所述信号收集系统(10)对光信号进行汇聚收集；所述光纤(11)用于传输对应视场下的光强信号；所述中心复眼通道探测器(12)用于收集对应波段下的光强度信号，转换为电信号，后经电路系统滤波、放大及存储。4.如权利要求1所述的一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，所述轴向复眼通道由轴向四角棱镜(13)、轴向自由曲面棱镜(14)、轴向光纤(15)和轴向探测器(16)构成；所述轴向四角棱镜(13)使非对称视场光线经历两次反射与两次折射后进入轴向自由曲面棱镜(14)；光线经过轴向自由曲面棱镜(14)发生二次折射，汇聚至轴向光纤(15)端面上，经轴向光纤(15)传输至轴向探测器(16)靶面上，实现信号探测。5.如权利要求1所述的一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，所述轴向四角棱镜(13)是基于轴向复眼通道所需探测视场设计的棱镜系统，其通过引入畸变将大弯折角度的入射光线引入轴向复眼通道中，具体设计方案如下：所述轴向四角棱镜(13)中具有四个光学表面，依据反射定理与折射定理构建边缘视场主光线在经过四角棱镜(13)后，入射角度与出射角度之间的数学关系为：θ
i
＝F(α
j
，c
j
，n(λ)，θ
p
)j＝1，2，3，4其中，θ
i
为轴向四角棱镜入射光线与轴向复眼通道光学信号入口法线之间的夹角；F为依据反射定理与折射定理构建的表示入射角度与出射角度数学关系的模型；α
j
为第j个光学表面与x
j
所在坐标轴的夹角；c
j
为第j个光学表面方程中的常数值；n(λ)为轴向四角棱镜(13)所选玻璃材料在工作波长处的折射率；θ
o
为轴向四角棱镜(13)出射光线与光阑法线之间的夹角；在复眼通道中引入轴向四角棱镜(13)以扩大视场的问题简化为多变量优化问题，具体
为：max{θ
i
}＝F(α
j
，c
j
，n(λ)，θ
o
)j＝1，2，3...4其中，α
j
，C
j
，n(λ)为待优化自变量；求解所述多变量优化问题获得待优化自变量α
j
，c
j
，n(λ)的最优解，据此构建第j个光学表面方程为f
j
(x
j
，y
j
)，其数学表达为：f
j
(x
j
，y
j
)＝
‑
x
j
sinα
j
+y
j
cosα
j
+c
j
＝0其中，(x
j
，y
j
)分别轴向四角棱镜(13)第j个光学平面上点的坐标值，α
j
为轴向四角棱镜(13)第j个光学表面与x
j
所在坐标轴的夹角，c
j
为轴向四角棱镜(13)第j个光学表面方程的常数；j＝1，2，3，4。6.如权利要求5所述的一种基于复眼结构的超广覆盖范围光通信接收系统，其特征在于，轴向四角棱镜(13)出射光线与光阑法...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，郭欣然，纪钟晔，王君雅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：