一种可调谐地基激光通信终端及星地激光通信方法技术

本发明专利技术公开了一种可调谐地基激光通信终端及星地激光通信方法，涉及自由空间无线光通信技术。本发明专利技术提供了一种波长可调谐大口径地基激光通信终端，采用大口径离轴反射式光学天线、波长可调节激光光源、大工作带宽分光镜和探测器、切换式可变分色镜和滤光片。本发明专利技术基于信标光编码传输技术和探测器跟踪通信一体化技术，星载激光通信载荷按照一定的帧格式将波长参数信息加载到信标光中，地基激光通信终端捕获信标光并解译其中的参数信息，据此自适应调整发射信标光和发射信号光波长、切换相关光学器件，建立稳定的双向激光链路并实现动态通信。通信。通信。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐地基激光通信终端及星地激光通信方法


[0001]本专利技术涉及自由空间无线光通信技术，尤其涉及适用于星载激光通信载荷利用星地激光链路进行在轨标校。

技术介绍

[0002]自由空间无线光通信利用激光窄波束实现通信双方之间的短讯、图像、语音等信息的传输，在发射增益、载波频率、传输速率、信道容量、抗干扰和抗截获能力等方面具有无可比拟的优势。相比于常规的无线电通信手段，随着国际上无线电频谱竞争日趋积累，频谱资源日渐枯竭，自由空间光通信无需申请频谱资源，是常规通信手段的有益补充。
[0003]随着国内外低轨卫星星座和低轨卫星互联网的规划和部署，无线光通信在平台间大规模组网传输和中继传输中展现出巨大应用潜力。低轨空间真空信道避免了湍流对光斑的影响，卫星平台微振动状态降低了系统隔振的难度，适于星载激光通信载荷的部署。
[0004]随着星载激光通信载荷的大规模部署和应用，卫星运维中的标校或星地信息交互面临新的挑战。人工标校难以对数量众多的载荷进行有效介入，利用星地无线激光通信链路信息交互的在轨自主标校是有效手段。为了满足光学隔离的要求，星载激光通信载荷的收发信标光和信号光通常采用不同的光学波段，相应的地基通信终端必须能够自适应地识别和响应所涉及的光学波长。为满足上述要求，地基通信终端既要具备一定的光学带宽响应能力，又要具备针对特定波长的自适应调谐能力。

技术实现思路

[0005]针对星载无线激光通信载荷在轨自主标校问题，基于星地无线激光链路的信息交互，本专利技术提供了一种可调谐地基激光通信终端及星地激光通信方法，其采用可调谐式激光光源、适用于宽波段的光学和电子学器件以及可替换式光学元件，能够响应和识别星载激光通信载荷的光学波段，自适应调节和建立稳定的星地激光链路。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，包括光学天线、二维转台、PZT振镜、分光镜、跟踪及识别单元、分色镜模块、可调谐信号接收单元、可调谐信号发射单元、可调谐信标发射单元；其中：光学天线采用反射式结构，用于共口径发射和接收信标光与信号光；二维转台用于对通信目标的粗跟踪；PZT振镜用于校正二维转台的粗跟踪残差，实现对通信目标的精跟踪；分光镜用于宽谱段光束分光；跟踪及识别单元依据信标光斑位置及其上的编码信息，获取通信目标的位置信息和波长参数信息；分色镜模块采用切换机构选择合适的分色镜，实现收发信号光的分离；可调谐信号接收单元采用切换式滤光片模块，依据星载端波长参数信息选择合适
的滤光片；可调谐信号发射单元依据星载端波长参数信息调节发射信号波长；可调谐信标发射单元依据星载端波长参数信息调节发射信标波长。
[0007]进一步地，所述光学天线包括反射式光学天线和信标发射反射镜；其中，反射式光学天线用于信号光的收发和对端信标光的接收，信标发射反射镜用于本地信标光的发射；反射式光学天线采用大口径离轴反射式结构，以提高信号接收增益，减小对收发信号的遮挡；信标发射反射镜集成在光学天线的次镜背板上，信标光发射光路与反射式光学天线分离。
[0008]进一步地，所述跟踪及识别单元包括非球面反射镜、四象限探测器、数字解码器；其中，非球面反射镜用于汇聚光线；四象限探测器采用跟踪和通信一体化结构，用于接收信标光并从中获取目标位置信息和编码信息；数字解码器用于解译信标光中的编码信息；跟踪及识别单元接收来自星载端的信标光，为伺服机构提供通信目标的位置信息，同时解译信标光以获取波长信息，通过总线将其传递给分色镜模块、可调谐信号接收单元、可调谐信标发射单元。
[0009]进一步地，所述分色镜模块包括多块可切换分色镜和伺服电机，伺服电机驱动分色镜进行切换，用于收发信号光的分离；分色镜模块按照约定的收发波长的数量和组合，配置不同截止波长的分色镜，依据跟踪及识别单元提供的波长数据信息切换合适的分色镜。
[0010]进一步地，所述可调谐信号接收单元包括滤光片模块、非球面反射镜、APD探测器、数字解码器，用于接收来自星载激光通信载荷的信号光；其中，滤光片模块用于滤除工作波段外的杂散光；非球面反射镜用于汇聚光线；APD探测器用于探测对端信号光；所述滤光片模块包括可切换滤光片和伺服电机，伺服电机驱动滤光片进行切换，按照约定的收发波长的数量和组合，配置不同中心波长的滤光片，依据跟踪及识别单元提供的波长数据信息切换合适的滤光片。
[0011]进一步地，所述可调谐信号发射单元包括可调谐信号激光器、激光放大器、反射式准直镜；其中，可调谐信号激光器支持宽波段波长自适应调节，用于发射本地信号光；激光放大器的工作带宽覆盖设计波长，将本地信号光的功率放大到所需大小；反射式准直镜调节本地信号光发散角以满足发射功率要求；可调谐信号发射单元接收跟踪及识别单元的解译信息，根据解译出的波长调节信号激光器的输出波长，发射信号经过放大和准直后经由反射式光学天线发射出去。
[0012]进一步地，所述可调谐信标发射单元包括可调谐信标激光器、激光放大器、反射式准直镜组成；其中，可调谐信标激光器支持宽波段波长自适应调节，用于发射本地信标光；激光放大器的工作带宽覆盖设计波长，将本地信标光的功率放大到所需大小；反射式准直镜调节本地信标光发散角以提高扫描捕获概率；可调谐信标发射单元接收跟踪及识别单元的解译信息，根据解译出的波长调节信标激光器的输出波长，发射信标经过放大和准直后经由信标发射反射镜发射出去。
[0013]一种星地激光通信方法，采用上述可调谐地基激光通信终端实现；星载激光通信载荷按照约定将参数信息加载到信标光中，地基激光通信终端捕获星载激光通信载荷的信标光；地基激光通信终端解译信标光中的参数信息，并据此调整发射信标光和发射信号光波长、切换相关光学器件，建立双向激光链路，实现动态通信；
可调谐地基激光通信终端的激光链路建立过程为：初始导引阶段，地基激光通信终端利用卫星轨道信息计算卫星位置，调整视轴指向卫星；星载激光通信载荷利用轨道信息和姿态信息，调整视轴指向地面终端；扫描捕获阶段，通信双方采用凝视
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扫描模式，地基激光通信终端采用凝视模式接收星载激光通信载荷的扫描信标光；跟踪瞄准阶段，通信双方在伺服系统的驱动下将目标光斑稳定维持在探测器中心；动态通信阶段，地基激光通信终端以星载激光通信载荷为对象，自适应调整波长实现星地信息交互。
[0014]本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术采用一种波长可调谐大口径地基激光通信终端，通过可调谐式激光光源、适用于宽波段的光学和电子学器件、可替换式光学元件，能够响应和识别星载激光通信载荷的光学波段，自适应调节和建立稳定的星地激光链路。
[0015]2、本专利技术地基无线激光通信终端采用收发共口径全反射设计形式，通过与星载激光通信载荷的协同配合实现波长调谐和信息交互。
[0016]3、本专利技术涉及的光学天线、信标收发光路、信号收发光路均采用反射式光学元件，能够有效避免宽波段光束造成的色差，有助于提高光学系统的成像质量。本专利技术涉及的光电器件均为宽带工作元件，涵盖星载激光通信载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，其特征在于，包括光学天线、二维转台、PZT振镜、分光镜、跟踪及识别单元、分色镜模块、可调谐信号接收单元、可调谐信号发射单元、可调谐信标发射单元；其中：光学天线采用反射式结构，用于共口径发射和接收信标光与信号光；二维转台用于对通信目标的粗跟踪；PZT振镜用于校正二维转台的粗跟踪残差，实现对通信目标的精跟踪；分光镜用于宽谱段光束分光；跟踪及识别单元依据信标光斑位置及其上的编码信息，获取通信目标的位置信息和波长参数信息；分色镜模块采用切换机构选择合适的分色镜，实现收发信号光的分离；可调谐信号接收单元采用切换式滤光片模块，依据星载端波长参数信息选择合适的滤光片；可调谐信号发射单元依据星载端波长参数信息调节发射信号波长；可调谐信标发射单元依据星载端波长参数信息调节发射信标波长。2.根据权利要求1所述的一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，其特征在于，所述光学天线包括反射式光学天线和信标发射反射镜；其中，反射式光学天线用于信号光的收发和对端信标光的接收，信标发射反射镜用于本地信标光的发射；反射式光学天线采用大口径离轴反射式结构，以提高信号接收增益，减小对收发信号的遮挡；信标发射反射镜集成在光学天线的次镜背板上，信标光发射光路与反射式光学天线分离。3.根据权利要求1所述的一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，其特征在于，所述跟踪及识别单元包括非球面反射镜、四象限探测器、数字解码器；其中，非球面反射镜用于汇聚光线；四象限探测器采用跟踪和通信一体化结构，用于接收信标光并从中获取目标位置信息和编码信息；数字解码器用于解译信标光中的编码信息；跟踪及识别单元接收来自星载端的信标光，为伺服机构提供通信目标的位置信息，同时解译信标光以获取波长信息，通过总线将其传递给分色镜模块、可调谐信号接收单元、可调谐信标发射单元。4.根据权利要求1所述的一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，其特征在于，所述分色镜模块包括多块可切换分色镜和伺服电机，伺服电机驱动分色镜进行切换，用于收发信号光的分离；分色镜模块按照约定的收发波长的数量和组合，配置不同截止波长的分色镜，依据跟踪及识别单元提供的波长数据信息切换合适的分色镜。5.根据权利要求1所述的一种用于星地激光通信的可调谐地基激光通信终端，其特征在于，所述可调谐信号接收单元包括滤光片模块、非球面反射镜、APD探测器、数字解码器，用于接收来自星载激光通信载荷的信号光；其中，滤光片模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张露鹤，王伟，邢振冲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：