CN115941042B - 一种卫星间激光通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星间激光通信***，包括:信号发射器：设置于卫星端，采用独立的激光光源和发射镜发射设定波长的激光光束，并且所述的激光光束在经过调制后生成下行信号；光学接收天线：设置于地面端，从卫星上发出的下行信号光经大气信道传输后，被光学接收天线接收并汇聚生成失真波前；变形镜：根据控制电压实时改变镜面面形；分束器：用于从校正后失真波前中分离出信标光和信号光；数据处理模块：接收信标光，用于检测光波波前的扰动信息，经处理转化为相应的控制信号，并通过控制信号控制变形镜各部分的形变，对失真波前进行补偿和校正。相比与传统技术，本发明能够对激光通信进行二次校验，发现通信过程中的失误。
Description
技术领域
本发明涉及星地通信技术领域，具体涉及一种卫星间激光通信***。
背景技术
星地通信指的是卫星与地面之间的通信，又叫做卫星通信。空间激光通信是以激光束作为信息载体，在空间实现数据传输的一种通信技术。与传统的微波通信技术相比，空间激光通信具有信息容量大、传输速率高、信道隐蔽性好、保密程度高和抗干扰能力强等优点，是空间通信技术的重要发展方向。而卫星之间的信息传输越来越频繁，信息量也越来越大，对传输数据率要求较高。卫星激光通信技术利用激光作为通信载体在卫星与地面光学站之间传递信息。星地激光通信是卫星激光通信网络的重要组成部分，其主要传输介质是真空信道和大气信道。
影响星地激光通信的主要因素有大气吸收及散射、大气湍流、背景光、云雾雨等。其中，大气湍流会使信号的强度和相位重新分布，也即波前畸变。也即是激光光束穿越大气时，近地面湍流引起的折射率起伏将影响光束的传输质量，破坏激光光束的相干性，从而引起光强闪烁、光束漂移和到达角起伏等一系列大气湍流效应。因此，如何消除大气湍流对激光通信的影响就显得十分必要。
自适应光学***通常由三个基本单元构成，分别是波前探测单元、波前控制单元和波前校正单元。来自探测目标的光束受大气湍流的影响，使望远镜空间分辨率降低；波前探测器实时探测因湍流等引起的波前畸变信息，由计算机控制***计算出需要加载到波前校正器上的控制电压；波前校正器用来实时补偿湍流引起的误差，使望远镜达到接近衍射极限的分辨率。但是传统的自适应光学***中，并未设置有相应的检验功能，通过对湍流引起的误差进行补偿的过程中，难以做到绝对的正确，因此当补偿出现失误时，会导致后续的信息识别出现错误。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星间激光通信***，解决以下技术问题：
传统的应用于星地激光通信
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种卫星间激光通信***，包括:
信号发射器：设置于卫星端，采用独立的激光光源和发射镜发射设定波长的激光光束，并且所述的激光光束在经过调制后生成下行信号，所述的下行信号包括信号光和信标光，所述的信标光为各项参数已预先设定的参照光束；
光学接收天线：设置于地面端，从卫星上发出的下行信号光经大气信道传输后，被光学接收天线接收并汇聚生成失真波前；
变形镜：根据控制电压实时改变镜面面形，用以校正失真波前整体倾斜像差以外的波前像差；
分束器：用于从校正后失真波前中分离出信标光和信号光；
数据处理模块：接收信标光，用于检测光波波前的扰动信息，经处理转化为相应的控制信号，并通过控制信号控制变形镜各部分的形变，对失真波前进行补偿和校正。
作为本发明进一步的方案：所述的信标光采用独立的激光光源生成，或者从信号光中分离出一部分作为信标光。
作为本发明进一步的方案：所述的数据处理模块包括：
波前传感器：对不断变化的信标光的波前畸变进行探测，畸变波前被各阵列透镜分割的子孔径范围内波前的平均斜率，从而可求得全孔径波前的相位分布；
波前控制器：用于把波前传感器所测到的波前畸变信息转化成控制信号。
作为本发明进一步的方案：所述的***还包括高速倾斜镜，用于根据控制信号校正失真波前整体倾斜像差。
作为本发明进一步的方案：所述的数据处理模块还包括：
信标光生成单元：获取由分束器从失真波前中分离出的信标光的参数，并生成相同的信标光，并定义为检验光；
二次校验单元：获取检验光，并且通过变形镜进行反射，获取反射后的检验光，并与***中预先设定的信标光进行比对；如果二者相同，则本次校验合格。
作为本发明进一步的方案：所述的信标光生成单元中的生成信标光的过程与波前传感器是相互独立的，并且在波前控制器完成对变形镜的调整后，所述的检验光与分束器从失真波前中分离出的信标光同角度照射在变形镜中。
作为本发明进一步的方案：所述的失真波前与所述的检验光在通过变形镜后合为一束，并通过分束器分离，其中分离出的信号光发往光检验器进行解调，分理出的信标光用于下一次波前传感器的处理，分理出的检验光用于二次校验。
作为本发明进一步的方案：如果经过变形镜反射后的检验光与***中预先设定的信标光不同，则本次校验不合格，则对所述的检验光同束的信号光进行标记。
本发明的有益效果：***中的变形镜每秒需要进行大量的调整，大量的驱动器在控制信号的指挥下配合工作，从而调节整个变形镜的形状，从而起到波前畸变的补偿的作用，但是这些精密的驱动所造成的仪器在高强度的工作状态下，很容易造成损坏并且波前传感器也有可能会探测错误，而传统的自适应光学***中，并没有针对***补偿错误后的处理方法，也没有设置相关的二次检验功能；而在本申请中，会在波前控制器完成对变形镜的调整之后，将新生成的校验光重新引入通信信道中，并在变形镜的反射下，完成相位的补偿，从而在于预先设定的信标光进行比对的过程中，判断***是否处于正常的工作状态中；而且对于偶尔的失误，可以通过标记对应的信号光的方式进行记录，从而便于后续重新获取标记位置的信息，也可以在出现大量失误的情况下，中断通信过程并停机进行维修。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种卫星间激光通信***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种卫星间激光通信***，包括:
信号发射器：设置于卫星端，采用独立的激光光源和发射镜发射设定波长的激光光束，并且所述的激光光束在经过调制后生成下行信号，所述的下行信号包括信号光和信标光，所述的信标光为各项参数已预先设定的参照光束；
光学接收天线：设置于地面端，从卫星上发出的下行信号光经大气信道传输后，被光学接收天线接收并汇聚生成失真波前；
变形镜：根据控制电压实时改变镜面面形，用以校正失真波前整体倾斜像差以外的波前像差；
分束器：用于从校正后失真波前中分离出信标光和信号光；
数据处理模块：接收信标光，用于检测光波波前的扰动信息，经处理转化为相应的控制信号，并通过控制信号控制变形镜各部分的形变，对失真波前进行补偿和校正。
在本发明一种优选的实施例中，所述的信标光采用独立的激光光源生成，或者从信号光中分离出一部分作为信标光。
在本发明另一种优选的实施例中，所述的数据处理模块包括：
波前传感器：对不断变化的信标光的波前畸变进行探测，畸变波前被各阵列透镜分割的子孔径范围内波前的平均斜率，从而可求得全孔径波前的相位分布；
波前控制器：用于把波前传感器所测到的波前畸变信息转化成控制信号。
在本实施例中，所述的数据处理模块还包括：
信标光生成单元：获取由分束器从失真波前中分离出的信标光的参数，并生成相同的信标光，并定义为检验光；
二次校验单元：获取检验光，并且通过变形镜进行反射，获取反射后的检验光，并与***中预先设定的信标光进行比对；如果二者相同，则本次校验合格。
值得注意的是，所述的信标光生成单元中的生成信标光的过程与波前传感器是相互独立的，并且在波前控制器完成对变形镜的调整后，所述的检验光与分束器从失真波前中分离出的信标光同角度照射在变形镜中；
所述的失真波前与所述的检验光在通过变形镜后合为一束，并通过分束器分离，其中分离出的信号光发往光检验器进行解调，分理出的信标光用于下一次波前传感器的处理，分理出的检验光用于二次校验；
如果经过变形镜反射后的检验光与***中预先设定的信标光不同，则本次校验不合格，则对所述的检验光同束的信号光进行标记。
可以理解的是，所述的***还包括高速倾斜镜，用于根据控制信号校正失真波前整体倾斜像差。
在传统的星地激光通信的自适应光学***中，在测量残留波前误差时，会和变形镜的运动发生延时，因此要求变形镜的运动要快，否则***只是对过去波前的纠正，而不是即时的波前纠正，所以要求控制***运行的速度至少要比控制***的处理速度快10倍，因为大气变化的频率约为100Hz，所以变形镜中的控制***纠正的速度要为1000Hz或更快；而变形镜是一个非常精密的仪器，内部包括大量的驱动器，而变形镜驱动器的数目是衡量一个自适应光学***的复杂程度和技术水平的重要指标之一，控制变形镜镜面变形的驱动器数量决定了***对波前误差的拟合能力或空间带宽，变形镜驱动器的数目越多，对波前畸变的补偿能力就越强；
所以，***中的变形镜每秒需要进行大量的调整，大量的驱动器在控制信号的指挥下配合工作，从而调节整个变形镜的形状，从而起到波前畸变的补偿的作用，但是这些精密的驱动所造成的仪器在高强度的工作状态下，很容易造成损坏并且波前传感器也有可能会探测错误，而传统的自适应光学***中，并没有针对***补偿错误后的处理方法，也没有设置相关的二次检验功能；而在本申请中，会在波前控制器完成对变形镜的调整之后，将新生成的校验光重新引入通信信道中，并在变形镜的反射下，完成相位的补偿，从而在于预先设定的信标光进行比对的过程中，判断***是否处于正常的工作状态中；而且对于偶尔的失误，可以通过标记对应的信号光的方式进行记录，从而便于后续重新获取标记位置的信息，也可以在出现大量失误的情况下，中断通信过程并停机进行维修。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种卫星间激光通信***，其特征在于，包括:
信号发射器：设置于卫星端，采用独立的激光光源和发射镜发射设定波长的激光光束，并且所述的激光光束在经过调制后生成下行信号，所述的下行信号包括信号光和信标光，所述的信标光为各项参数已预先设定的参照光束；
光学接收天线：设置于地面端，从卫星上发出的下行信号光经大气信道传输后，被光学接收天线接收并汇聚生成失真波前；
变形镜：根据控制电压实时改变镜面面形，用以校正失真波前整体倾斜像差以外的波前像差；
分束器：用于从校正后失真波前中分离出信标光和信号光；
数据处理模块：接收信标光，用于检测光波波前的扰动信息，经处理转化为相应的控制信号，并通过控制信号控制变形镜各部分的形变，对失真波前进行补偿和校正；
所述的数据处理模块包括：
波前传感器：对不断变化的信标光的波前畸变进行探测，畸变波前被各阵列透镜分割的子孔径范围内波前的平均斜率，从而可求得全孔径波前的相位分布；
波前控制器：用于把波前传感器所测到的波前畸变信息转化成控制信号；
所述的数据处理模块还包括：
信标光生成单元：获取由分束器从失真波前中分离出的信标光的参数，并生成相同的信标光，并定义为检验光；
二次校验单元：获取检验光，并且通过变形镜进行反射，获取反射后的检验光，并与***中预先设定的信标光进行比对；如果二者相同，则本次校验合格。
2.根据权利要求1所述的一种卫星间激光通信***,其特征在于，所述的信标光采用独立的激光光源生成，或者从信号光中分离出一部分作为信标光。
3.根据权利要求1所述的一种卫星间激光通信***,其特征在于，所述的***还包括高速倾斜镜，用于根据控制信号校正失真波前整体倾斜像差。
4.根据权利要求1所述的一种卫星间激光通信***,其特征在于，所述的信标光生成单元中的生成信标光的过程与波前传感器是相互独立的，并且在波前控制器完成对变形镜的调整后，所述的检验光与分束器从失真波前中分离出的信标光同角度照射在变形镜中。
5.根据权利要求4所述的一种卫星间激光通信***,其特征在于，所述的失真波前与所述的检验光在通过变形镜后合为一束，并通过分束器分离，其中分离出的信号光发往光检验器进行解调，分理出的信标光用于下一次波前传感器的处理，分理出的检验光用于二次校验。
6.根据权利要求5所述的一种卫星间激光通信***,其特征在于，如果经过变形镜反射后的检验光与***中预先设定的信标光不同，则本次校验不合格，则对所述的检验光同束的信号光进行标记。
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