基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間光通信領(lǐng)域，更具體的說是一種基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星通信可分為微波通信和光通信兩種，它最為一種重要的通信手段，在現(xiàn)代社會軍事和民用領(lǐng)域具有重要的作用。隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，微波通信已經(jīng)不能滿足當(dāng)前日益增長的對衛(wèi)星通信帶寬和容量以及高速通信的需求，另外，微波通信也無法滿足特定用戶對信息傳輸安全性的需求，因此急需尋求數(shù)據(jù)率高及安全性好的通信技術(shù)。
[0003]相比于微波通信，以激光作為信息載體的衛(wèi)星激光光通信在以下方面具有微波通信不可比擬的優(yōu)勢:超高寬帶、超高傳輸數(shù)據(jù)率，強(qiáng)抗干擾能力、難于被截獲、安全性好、設(shè)備體積小、重量輕、功耗低、造價(jià)低、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、免無線電頻率使用許可、易于擴(kuò)容以及組網(wǎng)靈活等，因此已成為國際上主要大國發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。然而衛(wèi)星通信因其組網(wǎng)周期長、造價(jià)成本高等原因，在軍事領(lǐng)域組網(wǎng)通信中，存在一定的缺陷性，如果我們用飛行器搭載空間轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，在空中只對地面信號進(jìn)行優(yōu)化，用光開關(guān)點(diǎn)對點(diǎn)或者廣播式的進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣大大簡化了空間系統(tǒng)，在不影響上述光通信的優(yōu)勢下，還能大大減少成本，加快軍事作戰(zhàn)組網(wǎng)速度，大大提高作戰(zhàn)系統(tǒng)通信機(jī)動(dòng)性。
[0004]綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)軍事作戰(zhàn)通信組網(wǎng)快速、抗干擾能力強(qiáng)，安全性能高，系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)，一種基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將空間光通信的發(fā)射和接收端都放置于地面，用飛行器搭載空間轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，且空間轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)只對光信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而不進(jìn)行放大、調(diào)制、解調(diào)等處理，大大簡化了空間系統(tǒng)的復(fù)雜程度，減小了空間載荷的體積、重量以及功耗，并用光開關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光信號的點(diǎn)對點(diǎn)或者廣播式的轉(zhuǎn)發(fā)，在發(fā)射端對信號進(jìn)行調(diào)制，在接收端對信號進(jìn)行解調(diào)，實(shí)現(xiàn)地-空-地的轉(zhuǎn)發(fā)通
?目Ο
[0006]本發(fā)明提供一種基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面光信號發(fā)射終端、空間轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和地面光信號接收終端三部分組成；
[0007]其中地面光信號發(fā)射終端包括:
[0008]一光發(fā)射機(jī)，用于提供需要傳輸?shù)男盘柟猓?br>[0009]—對準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合;該對準(zhǔn)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)地-空精對準(zhǔn);該系統(tǒng)的入射端與光發(fā)射機(jī)的光出射端口相連；
[0010]一指令控制模塊，用于控制對準(zhǔn)系統(tǒng)，并發(fā)射微波信號；
[0011]空間轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)包括:
[0012]—對準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合;該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)與地面站對準(zhǔn)系統(tǒng)的精確對準(zhǔn)；
[0013]—光開關(guān)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)光在空間站的轉(zhuǎn)發(fā)；由對準(zhǔn)系統(tǒng)出射的光進(jìn)入光開關(guān)系統(tǒng)的端口 A，將會進(jìn)入一個(gè)1*2光開關(guān)，由指令控制模塊發(fā)出指令控制1*2光開關(guān)，光從端口al和端口 a2出射:從端口 al出射的光進(jìn)入1*7光分束器，再分別從端口 B_1、端口 C_1、端口 D-
1、端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 H-1出射，這樣實(shí)現(xiàn)了廣播式轉(zhuǎn)發(fā);從端口 a2出射的光進(jìn)入4*4光開關(guān)的端口①，兩個(gè)1*2光開關(guān)的一臂相連，兩個(gè)1*2光開關(guān)的另一臂相連，通過指令控制1 *2光開關(guān)的開通臂，光從端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 H-1端口出射，或?qū)⒍丝冖喑錾涞墓膺M(jìn)入端口⑦，或端口⑥的光進(jìn)入端口⑤，再由指令控制模塊發(fā)出指令控制4*4光開關(guān)，將光從端口 B-1、端口 C-1或者端口 D-1出射，這樣實(shí)現(xiàn)了從端口①的光，是從端口 B-1、端口C-1、端口D-1、端口E-1、端口F-1、端口G-1、端口H-1任意端口出射，這樣實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)式轉(zhuǎn)發(fā)；
[0014]—對準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合;該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)與地面站的精確對準(zhǔn);該對準(zhǔn)系統(tǒng)有7個(gè)完全相同結(jié)構(gòu)和功能的模塊，其入射端口分別與光開關(guān)系統(tǒng)的出射端口 B-1、端口 C-1、端口 D-1、端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口H-1相連；
[0015]—指令控制系統(tǒng)，用于控制對準(zhǔn)系統(tǒng)和光開關(guān)系統(tǒng)，接收來自地面站指令控制系統(tǒng)的微波指令信號，并發(fā)射指令信號；
[0016]地面光信號接收終端有七套完全相同結(jié)構(gòu)的終端構(gòu)成，包括:
[0017]一對準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合;該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)與空間站對準(zhǔn)系統(tǒng)的精確對準(zhǔn)；
[0018]一光接收機(jī)，用于對光信息的放大、探測、接收、處理和解調(diào)，其各輸入端口與光開關(guān)各出射端口經(jīng)過對準(zhǔn)系統(tǒng)對準(zhǔn)后對應(yīng)相連；
[0019]—指令控制模塊，該模塊用于接收空間站指令控制模塊發(fā)出的微波指令，并控制對準(zhǔn)系統(tǒng)，確保對準(zhǔn)系統(tǒng)與對準(zhǔn)系統(tǒng)的精對準(zhǔn)。
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明由于是空間光通信，該系統(tǒng)解決了微波傳輸?shù)乃俾势款i，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊螅?br>[0022]本發(fā)明由于以激光作為信號的載體，該系統(tǒng)解決了數(shù)據(jù)的大容量以及安全性問題，能夠傳輸大容量數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)不被截獲；
[0023]本發(fā)明是將系統(tǒng)的大部分裝置安放于地面，在空間載荷的飛行器上只放置幾個(gè)無源光開關(guān)和對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，大大降低了設(shè)備對于飛行器載荷以及功耗的要求；
[0024]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，也可以實(shí)現(xiàn)廣播式通信。
【附圖說明】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照示附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:
[0026]圖1是本發(fā)明基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種基于無源光開關(guān)的空間激光通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0028]—光發(fā)射機(jī)1，用于提供需要傳輸?shù)男盘柟?，該光信號可以是?shù)字信號，也可以是模擬信號，可以是高速信號，也可以是低速信號，可以是相干光信號，也可以是非相干光信號;光發(fā)射機(jī)所用光源的通信波長選擇在大氣窗口范圍之內(nèi)，所用的調(diào)制器可以是強(qiáng)度調(diào)制器，也可以是相位調(diào)制器；
[0029 ] 一對準(zhǔn)系統(tǒng)2，該系統(tǒng)由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)(ATP)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，可以是基于GPS的定位模塊，也可以是基于北斗系統(tǒng)的定位模塊;捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)(ATP)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，包括粗瞄準(zhǔn)裝置、精瞄準(zhǔn)裝置、提前瞄準(zhǔn)裝置、控制及傳感器電子學(xué)系統(tǒng)，它是由指令控制模塊控制;光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合，包括一個(gè)透鏡系統(tǒng)和一個(gè)準(zhǔn)直系統(tǒng)，精確實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺構(gòu)成;該系統(tǒng)的入射端與光發(fā)射機(jī)1的光出射端口相連；
[0030]—指令控制模塊3，用于控制對準(zhǔn)系統(tǒng)2，向指令控制模塊6發(fā)送微波指令；由光發(fā)射機(jī)1、對準(zhǔn)系統(tǒng)2和指令控制模塊3構(gòu)成了光信號發(fā)射終端；
[0031]一對準(zhǔn)系統(tǒng)4，該系統(tǒng)與對準(zhǔn)系統(tǒng)2相同，由定位模塊，捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)(ATP)系統(tǒng)和光學(xué)天線組成:定位模塊用于對地面站的定位，以利于自用空間光鏈路的粗對準(zhǔn)，可以是基于GPS的定位模塊，也可以是基于北斗系統(tǒng)的定位模塊;捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)(ATP)系統(tǒng)用于對空間光學(xué)天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)，包括粗瞄準(zhǔn)裝置、精瞄準(zhǔn)裝置、提前瞄準(zhǔn)裝置、控制及傳感器電子學(xué)系統(tǒng)，它是由指令控制模塊控制;光學(xué)天線用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束和對接收光的聚焦耦合;該對準(zhǔn)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)地-空精對準(zhǔn)該光學(xué)天線包括一個(gè)透鏡系統(tǒng)和一個(gè)準(zhǔn)直系統(tǒng)，精確實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺構(gòu)成;該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)與地面站對準(zhǔn)系統(tǒng)2的精確對準(zhǔn)；
[0032]—光開關(guān)系統(tǒng)5，用于實(shí)現(xiàn)光在空間站的轉(zhuǎn)發(fā)；由對準(zhǔn)系統(tǒng)4出射的光進(jìn)入光開關(guān)系統(tǒng)的端口A，將會進(jìn)入一個(gè)1*2光開關(guān)a，由指令控制模塊6發(fā)出指令控制1*2光開關(guān)a，光可從端口 al和端口 a2出射:從端口 al出射的光進(jìn)入1*7光分束器，再分別從端口 B_1、端口 C_1、端口 D-1、端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 H-1出射，這樣實(shí)現(xiàn)了廣播式轉(zhuǎn)發(fā);從端口 a2出射的光進(jìn)入4*4光開關(guān)的端口①，1*2光開關(guān)b和1*2光開關(guān)c的一臂相連，1*2光開關(guān)d和1*2光開關(guān)e的一臂相連，通過指令控制1*2光開關(guān)的開通臂，光可以從端口 E-1、端口 F-1、端口 Ο-? 、端口 H-1 出射， 也可以將端口⑧出射的光進(jìn)入端口⑦，或端口⑥的光進(jìn)入端口⑤，再由指令控制模塊6發(fā)出指令控制4*4光開關(guān)，將光從端口 Β-1、端口 C-1或者端口 D-1出射，這樣實(shí)現(xiàn)了從端口①的光，可以從端口 Β-1、端口 C-1、端口 D-1、端口 Ε-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 Η-1任意端口出射，這樣實(shí)現(xiàn)