CN114157349A - 一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法，包括设置在不同位置的结构相同的通信终端A和通信终端B，通信终端A和通信终端B均设有扫描执行机构和指向控制机构。采用扫描执行机构与指向控制机构联合执行捕获工作，扫描执行机构采用MEMS微型振镜，带宽在几千赫兹左右，可以快速扫描覆盖较大目标区域，指向控制机构采用音圈电机微型振镜，带宽高，本技术方案在保证捕获时间的同时有效地扩大了扫描捕获的范围，使通信终端摆脱了对二维转台的依赖，降低了终端成本，便于集成化设计。

Description

一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法

技术领域

本发明属涉及地面无线光通信技术领域，具体是一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法。

背景技术

在无线光通信中，捕获技术是一项关键技术，捕获技术用于两个通信终端间链路的建立以及中断时的恢复。目前国内外，地面无线光通信的捕获技术首先需要定位对方终端的位置，然后在较小的不确定区域（一般为毫弧度量级）内进行扫描来捕获目标。在无法使用GPS等定位手段时，光通信终端需要大范围扫描，而且还要控制捕获时间。

目前光通信终端一般采用二维转台作为扫描捕获的执行机构，虽然二维转台可以实现大角度转动，但二维转台带宽较低、响应时间长，同时在进行大角度扫描时会改变光通信终端的接收视场，所以每扫描一个位置点需要等待对方光通信终端的响应，扫描时间会大大增加。因此，在无法使用GPS等定位手段时，现有的捕获方法无法满足大角度范围快速捕获目标的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法。这种方法能实现对目标的大角度范围快速扫描捕获、操作简单，可以快速建立通信。

实现本发明目的的技术方案是：

一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法，包括设置在不同位置的结构相同的通信终端A和通信终端B，通信终端A和通信终端B均设有扫描执行机构和指向控制机构，扫描执行机构控制信标光执行扫描运动，指向控制机构控制信标光、信号光接收视场的视轴指向以及信号光的发射光轴，在通信终端A或通信终端B的内部结构中，扫描执行机构为MEMS微型振镜，扫描执行机构位于信标光发射光路后方，信标光发射光路由第一单模光纤和第一透镜组成，单模光纤发射信标光、信标光经过透镜扩束，再经过扫描执行机构反射形成信标光发射光束，扫描执行机构的反射角度可调，用以控制信标光发射光束执行扫描动作；指向控制机构为音圈电机微型振镜，信号光发射光路设有第二单模光纤和第二透镜，分色镜位于指向控制机构与信号光发射光路之间，第二单模光纤发射信号光，信号光先经过第二透镜扩束后经过分色镜透射光束，再经过指向控制机构反射形成信号光发射光束，相机接收光路设有CMOS相机和第三透镜，信号光接收光路设有信号探测器和第四透镜，分光镜位于相机接收光路与第一分色镜之间，接收光束先经过指向控制机构、分色镜反射后经过分光镜8透射和反射，透射光束进入相机接收光路、反射光束进入信号光接收光路；指向控制机构反射角度可调，用以控制发射/接收光束偏转角度，分色镜依据波长的不同对发射光束透射、对接收光束进行反射，分光镜按照设定的能量比对接收光束进行透射/反射，所述方法采用跳步-扫描捕获模式即指向控制机构执行跳步运动以及后续对目标的跟踪、扫描执行机构执行扫描运动，包括如下步骤：

1）放置通信终端A和通信终端B，使通信终端A和通信终端B大致朝向对端方向，然后开启自动捕获，其中，通信终端A和通信终端B为近距离地面无线光通信，依据观察即可大致确定目标范围；

2）通信终端A的扫描执行机构1执行扫描运动，扫描目标区域为50°×50°，通信终端B的指向控制机构保持凝视、探测A终端的信标光信号，同时通信终端B的扫描执行机构执行扫描运动，扫描目标区域50°×50°，通信终端A的指向控制机构2保持凝视，探测通信终端B的的信标光信号；

3）通信终端A的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端B的控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端A开始继续扫描目标区域，通信终端B的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端A的指向控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端B的开始继续扫描目标区域；

4）判断通信终端A或通信终端B是否探测到信标光信号，如果没有，返回步骤2）；如果有，则进入步骤5），其中，通信终端A或通信终端B可能不是同时探测到信标光，当通信终端A或通信终端B一端探测到信标光，另一端未探测到信标光时，探测到信标光的一端进入步骤5），探测到信标光的一端指向控制机构不再执行步骤2）、步骤3）中的动作，未探测到信标光的一端返回步骤2）继续执行规定动作；

5）通信终端A或通信终端B的指向控制机构根据光斑位置指向对端，进入步骤6）；

6）通信终端A或通信终端B持续探测到信号光信号后开启跟踪，停止扫描，捕获结束，扫描执行机构在捕获结束、跟踪开启时方可停止扫描运动。

上述通信终端A或通信终端B中的MEMS微型振镜带宽在0.5-2KHz，偏转角度可达±30°，可以快速扫描覆盖较大目标区域；

音圈电机微型振镜带宽300-400Hz、偏转角度可达±30°，可快速响应目标信号，同时完成对目标的实时跟踪，探测器接收视场、信标光发散角要求大，可以实现对目标的快速捕获。

上述通信终端A或通信终端B中的信标光与信号光的光路不同，互不影响，扫描执行机构位于信标光发射光路中，不会影响信标光的接收光轴和信号光的收发光轴；指向控制机构位于信号光收发光路中，不会影响信标光的发射光轴，信标光与信号光波长相同，发散角不同，信标光发散角较大，信号光发散角相对较小。

本技术方案有别于现有技术的是光通信终端配置设有扫描执行机构和指向控制机构，不再配置二维转台， 采用扫描执行机构与指向控制机构联合执行捕获工作，扫描执行机构采用MEMS微型振镜，带宽在几千赫兹左右，可以快速扫描覆盖较大目标区域，指向控制机构采用音圈电机微型振镜，带宽高，本技术方案在保证捕获时间的同时有效地扩大了扫描捕获的范围，使通信终端摆脱了对二维转台的依赖，降低了终端成本，便于集成化设计。

附图说明

图1为实施例中的通信终端内部通信原理示意图；

图2为实施例中的捕获流程示意图；

图3为扫描轨迹示意图。

图中，1.扫描执行机构 2.指向控制机构 3 .信标光发射光路 4.相机接收光路5.信号光接收光路 6.信号光发射光路 7.分色镜 8.分光镜 9.光栅扫描轨迹 10.螺旋光栅扫描轨迹 11.等螺距等线速螺旋扫描轨迹，12. 第一单模光纤 13. 第一透镜 14. 第二单模光纤 15. 第二透镜 16. CMOS相机 17. 第三透镜 18. 信号探测器 19. 第四透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进一步说明，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图2，一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法，包括设置在不同位置的结构相同的通信终端A和通信终端B，如图1所示，通信终端A和通信终端B均设有扫描执行机构1和指向控制机构2，扫描执行机构1控制信标光执行扫描运动，指向控制机构2控制信标光、信号光接收视场的视轴指向以及信号光的发射光轴，在通信终端A或通信终端B的内部结构中，扫描执行机构1为MEMS微型振镜，扫描执行机构1位于信标光发射光路3后方，信标光发射光路3由第一单模光纤12和第一透镜13组成，第一单模光纤12发射信标光、信标光经过第一透镜13扩束，再经过扫描执行机构1反射形成信标光发射光束，扫描执行机构1的反射角度可调，用以控制信标光发射光束执行扫描动作；指向控制机构2为音圈电机微型振镜，信号光发射光路6设有第二单模光14和第二透镜15，分色镜7位于指向控制机构2与信号光发射光路6之间，第二单模光纤14发射信号光，信号光先经过第二透镜15扩束后经过分色镜7透射光束，再经过指向控制机构2反射形成信号光发射光束，相机接收光路4设有CMOS相机16和第三透镜17，信号光接收光路5设有信号探测器18和第四透镜19，分光镜8位于相机接收光路4与第一分色镜7之间，接收光束先经过指向控制机构2、分色镜7反射后经过分光镜8透射和反射，透射光束进入相机接收光路4、反射光束进入信号光接收光路5；指向控制机构2反射角度可调，用以控制发射/接收光束偏转角度，分色镜7依据波长的不同对发射光束透射、对接收光束进行反射，分光镜8按照设定的能量比对接收光束进行透射/反射，所述方法采用跳步-扫描捕获模式即指向控制机构执行跳步运动以及后续对目标的跟踪、扫描执行机构执行扫描运动，包括如下步骤：

1）放置通信终端A和通信终端B，使通信终端A和通信终端B大致朝向对端方向，然后开启自动捕获，其中，通信终端A和通信终端B为近距离地面无线光通信，依据观察即可大致确定目标范围；

2）通信终端A的扫描执行机构1执行扫描运动，扫描目标区域为50°×50°度量级，通信终端B的指向控制机构2保持凝视、探测A终端的信标光信号，同时通信终端B的扫描执行机构执行扫描运动，扫描目标区域50°×50°，通信终端A的指向控制机构2保持凝视，探测通信终端B的信标光信号；

3）通信终端A的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端B的控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端A开始继续扫描目标区域，通信终端B的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端A的指向控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端B的开始继续扫描目标区域；

4）判断通信终端A或通信终端B是否探测到信标光信号，如果没有，返回步骤2）；如果有，则进入步骤5），其中，通信终端A或通信终端B可能不是同时探测到信标光，当通信终端A或通信终端B一端探测到信标光，另一端未探测到信标光时，探测到信标光的一端进入步骤5），探测到信标光的一端指向控制机构不再执行步骤2）、步骤3）中的动作，未探测到信标光的一端返回步骤2）继续执行规定动作；

5）通信终端A或通信终端B的指向控制机构根据光斑位置指向对端，进入步骤6）；

6）通信终端A或通信终端B持续探测到信号光信号后开启跟踪，停止扫描，捕获结束，扫描执行机构在捕获结束、跟踪开启时方可停止扫描运动。

如图3所示，图3为通信终端的扫描轨迹，其中，9为光栅扫描、10为光栅螺旋扫描、11为等螺距等线速螺旋扫描，扫描执行机构1执行扫描动作时，可以选用其中任意一种方式进行扫描。

Claims (1)

1.一种无线光通信终端大角度范围快速捕获方法，其特征在于，包括设置在不同位置的结构相同的通信终端A和通信终端B，通信终端A和通信终端B均设有扫描执行机构和指向控制机构，在通信终端A或通信终端B的内部结构中，扫描执行机构为MEMS微型振镜，扫描执行机构位于信标光发射光路后方，信标光发射光路由第一单模光纤和第一透镜组成，单模光纤发射信标光、信标光经过透镜扩束，再经过扫描执行机构反射形成信标光发射光束，扫描执行机构的反射角度可调；指向控制机构为音圈电机微型振镜，信号光发射光路设有第二单模光纤和第二透镜，分色镜位于指向控制机构与信号光发射光路之间，第二单模光纤发射信号光，信号光先经过第二透镜扩束后经过分色镜透射光束，再经过指向控制机构反射形成信号光发射光束，相机接收光路设有CMOS相机和第三透镜，信号光接收光路设有信号探测器和第四透镜，分光镜位于相机接收光路与分色镜之间，接收光束先经过指向控制机构、分色镜反射后经过分光镜透射和反射，透射光束进入相机接收光路、反射光束进入信号光接收光路；指向控制机构反射角度可调，分色镜依据波长的不同对发射光束透射、对接收光束进行反射，分光镜按照设定的能量比对接收光束进行透射/反射，所述方法采用跳步-扫描捕获模式即指向控制机构执行跳步运动以及后续对目标的跟踪、扫描执行机构执行扫描运动，包括如下步骤：

1）放置通信终端A和通信终端B，使通信终端A和通信终端B大致朝向对端方向，然后开启自动捕获，其中，通信终端A和通信终端B为近距离地面无线光通信，依据观察即可大致确定目标范围；

2）通信终端A的扫描执行机构执行扫描运动，扫描目标区域为50°×50°，通信终端B的指向控制机构保持凝视、探测A终端的信标光信号，同时通信终端B的扫描执行机构执行扫描运动，扫描目标区域50°×50°，通信终端A的指向控制机构保持凝视，探测通信终端B的信标光信号；

3）通信终端A的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端B的指向控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端A开始继续扫描目标区域，通信终端B的扫描执行机构扫描完一圈，通信终端A的指向控制机构跳步然后保持凝视，探测通信终端A的信标光信号，此时通信终端B的扫描执行机构开始继续扫描目标区域；

4）判断通信终端A或通信终端B是否探测到信标光信号，如果没有，返回步骤2）；如果有，则进入步骤5），其中，通信终端A或通信终端B可能不是同时探测到信标光，当通信终端A或通信终端B一端探测到信标光，另一端未探测到信标光时，探测到信标光的一端进入步骤5），探测到信标光的一端指向控制机构不再执行步骤2）、步骤3）中的动作，未探测到信标光的一端返回步骤2）继续执行规定动作；

5）通信终端A或通信终端B的指向控制机构根据光斑位置指向对端，进入步骤6）；

6）通信终端A或通信终端B持续探测到信号光信号后开启跟踪，停止扫描，捕获结束，扫描执行机构在捕获结束、跟踪开启时方可停止扫描运动。

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