本發(fā)明涉及激光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端及運(yùn)行方法，以實(shí)現(xiàn)激光通信組網(wǎng)中各個(gè)激光終端的自由隨遇接入。

背景技術(shù)：

在空間激光通信收發(fā)終端中，發(fā)射/接收天線通常設(shè)計(jì)為一個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，發(fā)射天線的作用是將中繼光學(xué)系統(tǒng)合束后發(fā)出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，擴(kuò)大出射光束的光斑尺寸，同時(shí)壓縮光束的發(fā)散角，為發(fā)射光束提供高的增益。

接收天線則接收另一個(gè)終端發(fā)射的激光束，將尺寸遠(yuǎn)大于探測(cè)器的光束合束，將光束能量收集耦合到光探測(cè)器上，大幅度提高探測(cè)器上的激光功率能量密度，提供高的光學(xué)增益。

在自由空間激光通信中，天線系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)需要綜合考慮通信平臺(tái)的特性和系統(tǒng)的應(yīng)用要求?；跍p小體積的考慮，遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募す饨K端一般都采用收發(fā)共用天線，對(duì)收、發(fā)信號(hào)光隔離。隔離方式大多是光譜隔離，即發(fā)射波長(zhǎng)與接收波長(zhǎng)不一致。對(duì)于多節(jié)點(diǎn)中繼、拓?fù)渥兓木W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，收發(fā)波長(zhǎng)不一致將帶來(lái)復(fù)雜的波長(zhǎng)管理問(wèn)題，嚴(yán)重影響節(jié)點(diǎn)的隨遇接入能力，因此，必須采取必要的措施以實(shí)現(xiàn)激光終端自由的隨遇接入。

對(duì)于信號(hào)光隔離，為了降低體積重量多是采用收發(fā)共用天線，目前最常用的隔離方式是光譜隔離，即本端與對(duì)端信號(hào)光束選擇不一樣的波長(zhǎng)。但對(duì)于激光組網(wǎng)應(yīng)用，且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳皇且怀刹蛔兊?，某個(gè)激光終端可能與不同的其他終端互連，因此，網(wǎng)絡(luò)中不同平臺(tái)不同節(jié)點(diǎn)終端的波長(zhǎng)不能隨意選擇。事先對(duì)網(wǎng)絡(luò)各鏈路的波長(zhǎng)進(jìn)行規(guī)劃是一個(gè)常用思路，但對(duì)于要求隨遇接入的空地網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端及運(yùn)行方法，配有雙波長(zhǎng)激光信號(hào)源和只響應(yīng)一種波長(zhǎng)光的窄帶探測(cè)器，可自動(dòng)識(shí)別接收光波長(zhǎng)，自動(dòng)選擇與接收光波長(zhǎng)不同的發(fā)射光波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)在激光通信組網(wǎng)中各激光終端的自由隨遇接入。

本發(fā)明一種空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端的設(shè)計(jì)方案如下：包括激光發(fā)射系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡、光學(xué)天線和接收信號(hào)探測(cè)器，光學(xué)天線同時(shí)用作為發(fā)射天線和接收天線，本發(fā)明還包括起偏器、偏振分束棱鏡、消色差半波片、分束鏡、聚焦鏡和窄帶探測(cè)器，光學(xué)天線接收對(duì)方發(fā)射過(guò)來(lái)的光束到達(dá)所述消色差半波片，所接收光束為偏振方向和消色差半波片快軸方向呈67.5°夾角的線偏振光，接收的線偏振光通過(guò)該消色差半波片后，透射光被調(diào)制為P偏振的線偏振光，此線偏振光到達(dá)偏振分束棱鏡后被無(wú)損耗地反射到分束鏡，分束鏡將大部分光束透射至主聚焦鏡、進(jìn)入接收信號(hào)探測(cè)器，分束鏡將小部分光束反射至輔聚焦鏡進(jìn)入窄帶探測(cè)器。接收信號(hào)探測(cè)器對(duì)波長(zhǎng)λ₁和λ₂的光均響應(yīng)，將接收光全部轉(zhuǎn)換為接收的電信號(hào)；窄帶探測(cè)器只響應(yīng)波長(zhǎng)λ₁和波長(zhǎng)λ₂中的一個(gè)；窄帶探測(cè)器的信號(hào)接入激光發(fā)射系統(tǒng)。激光發(fā)射系統(tǒng)包括兩個(gè)激光信號(hào)源及分別與2個(gè)激光信號(hào)源相配合的2個(gè)窄帶濾光片，二激光信號(hào)源的波長(zhǎng)分別為λ₁和λ₂。2個(gè)窄帶濾光片的輸出光路對(duì)應(yīng)同一放大器，放大后的信號(hào)光束進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡。激光發(fā)射系統(tǒng)根據(jù)窄帶探測(cè)器的信號(hào)選擇與接收信號(hào)波長(zhǎng)不同的激光信號(hào)源工作，激光信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)光束經(jīng)過(guò)其濾光片、再經(jīng)放大器后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡。經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的激光束經(jīng)過(guò)起偏器成為S偏振光，S偏振光無(wú)損耗地透射過(guò)偏振分束棱鏡，消色差半波片的快軸方向和S偏振光的夾角為22.5°，S偏振光經(jīng)過(guò)消色差半波片后透射出來(lái)的調(diào)制光為線偏振光，且偏振方向和接收的入射線偏振光的偏振方向呈45°角，激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的激光束轉(zhuǎn)換的偏振光進(jìn)入光學(xué)天線發(fā)射。

所述分束鏡的分束比為透射光:反射光＝(9:1)～(7:3)。

所述波長(zhǎng)λ₁和λ₂滿足20nm＜|λ₁-λ₂|＜400nm，因?yàn)橐话阏瓗V光片的帶寬為10nm，二波長(zhǎng)至少相差2倍帶寬，二波長(zhǎng)才互不影響；同時(shí)消色差半波片的波長(zhǎng)范圍在400nm內(nèi)，故二波長(zhǎng)差不超過(guò)此值。

所述光學(xué)天線為透射式光學(xué)天線、反射式光學(xué)天線和折反式光學(xué)天線中的任一種。

本發(fā)明一種空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

步驟1、接收光信號(hào)

本端光學(xué)天線接收對(duì)端發(fā)射來(lái)的光信號(hào)。光學(xué)天線接收的光信號(hào)透過(guò)消色差半波片后被調(diào)制為P偏振的線偏振光，經(jīng)偏振分束棱鏡反射到達(dá)分束鏡；

步驟2、接收光的分束

分束鏡將到達(dá)的接收光信號(hào)的小部分反射至輔聚焦鏡、聚焦到窄帶探測(cè)器，窄帶探測(cè)器只響應(yīng)波長(zhǎng)λ₁和波長(zhǎng)λ₂中的一個(gè)，用于波長(zhǎng)識(shí)別；其反饋信號(hào)送入激光發(fā)射系統(tǒng)；

接收光信號(hào)的大部分透射至主聚焦鏡、聚焦到接收信號(hào)探測(cè)器，接收信號(hào)探測(cè)器對(duì)波長(zhǎng)λ₁和λ₂的光均響應(yīng)，用于探測(cè)接收信號(hào)；

分束鏡將透射接收光信號(hào)的70～90％，反射其余的接收光信號(hào)；

步驟3、接收光波長(zhǎng)識(shí)別

激光發(fā)射系統(tǒng)根據(jù)步驟2窄帶探測(cè)器的反饋信號(hào)對(duì)接收光的波長(zhǎng)進(jìn)行識(shí)別，在接收到窄帶探測(cè)器有響應(yīng)的反饋信號(hào)時(shí)，則判定本端接收光波長(zhǎng)與窄帶探測(cè)器對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同，在接收到窄帶探測(cè)器的無(wú)響應(yīng)的反饋信號(hào)時(shí)，則判定本端接收光波長(zhǎng)為與窄帶探測(cè)器對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)不同的另一種波長(zhǎng)。

窄帶探測(cè)器設(shè)置有響應(yīng)時(shí)其發(fā)送的反饋信號(hào)為“1”，無(wú)響應(yīng)時(shí)反饋信號(hào)為“0”，激光發(fā)射系統(tǒng)接收到反饋信號(hào)為“1”時(shí)，即窄帶探測(cè)器對(duì)接收光有響應(yīng)，反饋信號(hào)為“0”時(shí)，窄帶探測(cè)器對(duì)接收光無(wú)響應(yīng)。

步驟4、發(fā)射光信號(hào)波長(zhǎng)選擇與出射

根據(jù)步驟3識(shí)別的接收光信號(hào)的波長(zhǎng)，本端激光發(fā)射系統(tǒng)選擇與接收光波長(zhǎng)不同的激光信號(hào)源工作，該激光信號(hào)源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波片、放大器后到達(dá)準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直后經(jīng)過(guò)起偏器成為S偏振光，S偏振光無(wú)損耗地透射過(guò)偏振分束棱鏡，再進(jìn)入消色差半波片，透射出來(lái)的調(diào)制光為線偏振光，且偏振方向和接收的入射線偏振光的偏振方向呈45°角，然后經(jīng)過(guò)光學(xué)天線出射。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端及運(yùn)行方法的優(yōu)點(diǎn)為：1、在激光通信組網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多種多樣，某個(gè)激光終端可能與不同的其他終端互連，本收發(fā)終端配有雙波長(zhǎng)激光信號(hào)源，可自動(dòng)識(shí)別接收光波長(zhǎng)，自動(dòng)選擇與接收波長(zhǎng)不同的發(fā)射波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)在激光通信組網(wǎng)中各激光終端的自由隨遇接入；2、由于收、發(fā)信號(hào)光波長(zhǎng)不同的隔離，本系統(tǒng)收發(fā)共用的光學(xué)天線信號(hào)接收不受影響；且因所用激光束帶寬是極窄，不會(huì)干擾影響到相鄰激光鏈路；3、本終端所用器件均為低功耗輕質(zhì)量的元件，對(duì)終端的體積功耗重量帶來(lái)的影響較為有限，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，體積小，易于推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端的運(yùn)行方法實(shí)施例具體應(yīng)用示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)為：

1、光學(xué)天線，2、消色差半波片，3、偏振分束棱鏡，4、起偏器，5、準(zhǔn)直透鏡，6、激光發(fā)射系統(tǒng)，7、分束鏡，8、主聚焦鏡，9、接收信號(hào)探測(cè)器，10、輔聚焦鏡，11、窄帶探測(cè)器。

具體實(shí)施方式

空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端實(shí)施例

本空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端實(shí)施例如圖1所示，包括激光發(fā)射系統(tǒng)6、準(zhǔn)直透鏡5、光學(xué)天線1、起偏器4、偏振分束棱鏡3、消色差半波片2、分束鏡7、主聚焦鏡8、輔聚焦鏡10、窄帶探測(cè)器11和接收信號(hào)探測(cè)器9，光學(xué)天線1同時(shí)用作為發(fā)射天線和接收天線，本例光學(xué)天線1為透射式光學(xué)天線。本例光學(xué)天線1接收對(duì)方發(fā)射過(guò)來(lái)的光束到達(dá)消色差半波片2，所接收光束為偏振方向和消色差半波片2快軸方向呈67.5°的夾角的線偏振光，接收的線偏振光通過(guò)該消色差半波片2后，透射光被調(diào)制為P偏振的線偏振光，此線偏振光到達(dá)偏振分束棱鏡3后被無(wú)損耗地反射到分束鏡7，90％的接收光經(jīng)分束鏡7透射至主聚焦鏡8、進(jìn)入接收信號(hào)探測(cè)器9，10％的光經(jīng)分束鏡7反射至輔聚焦鏡10進(jìn)入窄帶探測(cè)器11。接收信號(hào)探測(cè)器9對(duì)波長(zhǎng)λ₁和λ₂的光均響應(yīng)，將接收光全部轉(zhuǎn)換為接收的電信號(hào)；本例窄帶探測(cè)器11只響應(yīng)波長(zhǎng)λ₁；窄帶探測(cè)器11的反饋信號(hào)接入激光發(fā)射系統(tǒng)6。激光發(fā)射系統(tǒng)6包括兩個(gè)激光信號(hào)源及分別與2個(gè)激光信號(hào)源相配合的2個(gè)窄帶濾光片，二激光信號(hào)源的波長(zhǎng)分別為λ₁和λ₂。激光發(fā)射系統(tǒng)9根據(jù)窄帶探測(cè)器11的信號(hào)選擇與接收信號(hào)波長(zhǎng)不同的激光信號(hào)源工作，激光信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)光束經(jīng)過(guò)其濾光片、再經(jīng)放大器后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡5。經(jīng)準(zhǔn)直透鏡5準(zhǔn)直后的激光束經(jīng)過(guò)起偏器4成為S偏振光，S偏振光無(wú)損耗地透射過(guò)偏振分束棱鏡3，消色差半波片2的快軸方向和S偏振光的夾角為22.5°，S偏振光經(jīng)過(guò)消色差半波片2后透射出來(lái)的調(diào)制光為線偏振光，且偏振方向和接收的入射線偏振光的偏振方向呈45°角，激光發(fā)射系統(tǒng)6發(fā)出的激光束轉(zhuǎn)換的偏振光進(jìn)入光學(xué)天線1發(fā)射。

本例波長(zhǎng)λ₁為1540nm，λ₂為1560nm。

空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端的運(yùn)行方法實(shí)施例

本空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端的運(yùn)行方法實(shí)施例，即為上述空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端實(shí)施例的運(yùn)行方法，其流程包括如下步驟：

步驟1、接收光信號(hào)

本端光學(xué)天線1接收對(duì)端發(fā)射來(lái)的光信號(hào)。光學(xué)天線1接收的光信號(hào)透過(guò)消色差半波片2后接收光信號(hào)被調(diào)制為P偏振的線偏振光，經(jīng)偏振分束棱鏡3反射到達(dá)分束鏡7；

步驟2、接收光的分束

分束鏡7將到達(dá)的接收光信號(hào)的10％反射至輔聚焦鏡10、聚焦到窄帶探測(cè)器11，窄帶探測(cè)器11只響應(yīng)波長(zhǎng)λ₁，用于波長(zhǎng)識(shí)別；其反饋信號(hào)送入激光發(fā)射系統(tǒng)6；

接收光信號(hào)的90％透射至主聚焦鏡8、聚焦到接收信號(hào)探測(cè)器9，接收信號(hào)探測(cè)器9對(duì)波長(zhǎng)λ₁和λ₂的光均響應(yīng)，用于探測(cè)接收信號(hào)；

分束鏡7將透射接收光信號(hào)的90％，反射其余的接收光信號(hào)；

步驟3、接收光波長(zhǎng)識(shí)別

根據(jù)步驟2窄帶探測(cè)器11的反饋信號(hào)對(duì)接收光的波長(zhǎng)進(jìn)行識(shí)別，在接收到窄帶探測(cè)器11有響應(yīng)的反饋信號(hào)時(shí)，則本端接收光波長(zhǎng)與窄帶探測(cè)器11對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同，在接收到窄帶探測(cè)器11的無(wú)響應(yīng)的反饋信號(hào)時(shí)，則判定本端接收光波長(zhǎng)為與窄帶探測(cè)器11對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)不同的另一種波長(zhǎng)。

窄帶探測(cè)器11設(shè)置有響應(yīng)時(shí)其發(fā)送的反饋信號(hào)為“1”，無(wú)響應(yīng)時(shí)反饋信號(hào)為“0”，激光發(fā)射系統(tǒng)6接收到反饋信號(hào)為“1”時(shí)，即窄帶探測(cè)器11對(duì)接收光有響應(yīng)，激光發(fā)射系統(tǒng)6判定接收光波長(zhǎng)為λ₁；激光發(fā)射系統(tǒng)6接收到反饋信號(hào)為“0”時(shí)，即窄帶探測(cè)器11對(duì)接收光無(wú)響應(yīng)，激光發(fā)射系統(tǒng)6判定接收光波長(zhǎng)為λ₂。

步驟4、發(fā)射光信號(hào)波長(zhǎng)選擇與出射

根據(jù)步驟3識(shí)別的接收光信號(hào)的波長(zhǎng)，本端激光發(fā)射系統(tǒng)6選擇與接收光波長(zhǎng)不同的激光信號(hào)源工作，該激光信號(hào)源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波片、放大器后到達(dá)準(zhǔn)直透鏡5，準(zhǔn)直后經(jīng)過(guò)起偏器4成為S偏振光，S偏振光無(wú)損耗地透射過(guò)偏振分束棱鏡3，再進(jìn)入消色差半波片2，透射出來(lái)的調(diào)制光為線偏振光，且偏振方向和接收的入射線偏振光的偏振方向呈45°角，然后經(jīng)過(guò)光學(xué)天線1出射。

本方法的具體應(yīng)用如圖2所示，空間激光通信組網(wǎng)的收發(fā)終端實(shí)施例安裝于飛機(jī)和基地，第一基地用波長(zhǎng)λ₁向飛機(jī)A發(fā)射光信號(hào)，飛機(jī)A接收波長(zhǎng)λ₁的光信號(hào)，選擇波長(zhǎng)λ₂向第一基地和飛機(jī)B發(fā)射光信號(hào)；飛機(jī)B接收飛機(jī)A發(fā)射的波長(zhǎng)λ₂的光信號(hào)，選用波長(zhǎng)λ₁向飛機(jī)A、C和第二基地發(fā)射光信號(hào)，飛機(jī)C和小基地接收波長(zhǎng)為λ₁的光信號(hào)，選用發(fā)射波長(zhǎng)λ₂。各終端之間可靈活地進(jìn)行鏈路搭建，各基地之間，基地與飛機(jī)的通信平臺(tái)之間均實(shí)現(xiàn)隨遇接入。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。