专利名称：一种长距离传输s频段测控信号的光纤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传输信号的光纤装置。
背景技术：
S频段测控系统是支持我国航天器测控的主要设备之一，其主要任务包括其一，将接收到来自航天器的S频段信号进行放大、下变频、解调，以获取航天器的位置信息(即角度、距离和速度信息)进行轨道确定、获取航天器的遥测信息进行各类状态的监视；其二，将需要发送的遥控指令和上传的注入数据进行编码、调制、上变频、放大，最终以S频段信号的形式发射至在轨航天器实施各类控制。通常，测控系统的布局如图I所示。图中，低噪声放大器、高功率放大器、天线伺服驱动单元位于天线座内，上/下变频器、天线轴角编码单元、基带处理单元位于控制机房内。天线座与控制机房之间的信号采用电缆传输，两处之间的距离小于100m。随着国家航天事业的发展，测控设备的密集程度不断增加、测控设备的自动化操作水平不断提高。在一个测控站内将安装有多套测控设备，这就需要考虑设备之间的电磁干扰问题以及设备天线之间的相互遮挡问题。另外，随着航天任务需求的变化，测控设备天线口径不断增大，发射功率不断增强，这就需要考虑操作人员的安全问题。鉴于上述原因，产生了将测控设备的天线远离控制机房的需求，对于大口径、高功率天线提出了远离控制机房40km的需求。图2所示为以S频段作为工作频率的航天器测控信号流程图。图中，航天器发射的S频段信号功率约为-14dBw，该信号经过空间传输后衰减约150dB，到达测控系统天线口面的功率约为-164dBw，经过天线和低噪声放大器后信号强度为-69dBw，如果采用衰减指标为0. 5dB/m的电缆传输40km,到达下变频器输入端的信号强度为_116dBw。另外,对于上变频器的输出信号，经过40km电缆的传输后将无法满足高功率放大器的输入要求。再者，对于接收信道来说，S频段测控信号经过40km电缆传输后，其信道等效噪声温度将增加至71. 6dBK，对应的噪声系数约为47dB，远远大于指标要求的13dB。在这种情况下，40km电缆传输后的单元将无法正常工作。在通信系统中已有采用光纤传输射频信号的范例。但是，由于测控系统存在对和差信号相位一致性和幅度一致性、信道噪声性能等特殊要求，因此，采用通信系统中使用的光纤传输技术无法解决测控系统中存在的射频信号长距离传输问题。该问题是我国航天测控领域首次面临的问题，据查阅没有相关报道和资料涉及到该问题的解决手段。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能够满足长距离(大于40km)传输S频段测控信号需求的光纤传输装置，该装置能够保持原测控系统的各项技术指标，且易于工程实现。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括三个发射光端机、三个接收光端机、一对波分复用器和两个模拟光放大器。测控系统的和路电信号经过一号发射光端机转换为和路光信号，测控系统的差路电信号经过二号发射光端机转换为差路光信号，来自测控系统基带处理单元的上行功率驱动电信号通过三号发射光端机转换为光信号。和路光信号和差路光信号在一号波分复用器中与两路备份光通路信号一起进行光波合成，合成后的光信号由一号模拟光放大器进行放大，经由光纤传输至二号波分复用器进行光波分解，之后，分别经一号接收光端机和二号接收光端机转换得到和路电信号和差路电信号，此和路电信号和差路电信号作为测控站基带处理单元的输入信号参加后续信号处理工作。上行功率驱动光信号由二号模拟光放大器进行放大，经由光纤传输至三号接收光端机转换得到上行功率驱动电信号，由高功率放大器放大后经天线发射至航天器。所述的波分复用器为4波分复用器，4个波长分别XpXyXyXpXl =1550. 12nm, A 2 = 1553. 32nm, A 3 = 1556. 52nm, A 4 = 1559. 72nm。所述的模拟光放大器为分布式拉曼非线性光纤放大器。
本发明的有益效果是I.由于采用了 4波分复用器，实现了将2路射频测控信号耦合到一根光纤进行传输。同时，通过研制选取波分复用器中合波与分波的波长，实现了 4路光信号插入损耗的基本一致。从而，解决了测控系统中对和、差通道幅度一致性与相位一致性的要求。2.由于采用了分布式拉曼放大技术，基于将短波长的光能量转移到长波长信号上去，实现长波长信号的放大原理，解决了将S频段测控信号进行长距离(最远可传输56km)传输的问题，满足了大型航天测控站的布局需求。3.由于在设计分布式拉曼放大器时，采用了光信号沿光纤与泵浦光一起传输，且传输方向相反，使得信号光在不同时刻会受到不同泵浦光的放大，这样因拉曼泵浦的功率不同而产生的波动就可以得到平均，在增益相同的时候，信号的功率水平比较低，可以避免四波混频、受激布里渊散射等非线性效应的产生。从而，满足了测控系统的大动态范围指标要求。4.基于拉曼放大器存在的“感应放大”原理，即对于功率较大的信号光，泵浦光的能量转移的较多，而功率较小的信号光则被抑制。因此当没有信号光进入时，泵浦光放大自发拉曼散射，形成斯托克斯散射波，一旦有信号功率入射，由于信号光功率远远大于自发拉曼散射功率，因此泵浦光的能量将主要转移给信号光，而斯托克斯波被抑制，形成较低的放大器自发辐射噪声，保证了拉曼放大器的低噪声特性。从而，满足了测控系统低噪声系数的指标要求。5.本发明能够满足系统传输信道的主要指标，其测试结果如下
权利要求
1.一种长距离传输S频段测控信号的光纤装置，包括三个发射光端机、三个接收光端机、一对波分复用器和两个模拟光放大器，其特征在于测控系统的和路电信号经过一号发射光端机转换为和路光信号，测控系统的差路电信号经过二号发射光端机转换为差路光信号，来自测控系统基带处理单元的上行功率驱动电信号通过三号发射光端机转换为光信号；和路光信号和差路光信号在一号波分复用器中与两路备份光通路信号一起进行光波合成，合成后的光信号由一号模拟光放大器进行放大，经由光纤传输至二号波分复用器进行光波分解，之后，分别经一号接收光端机和二号接收光端机转换得到和路电信号和差路电信号，此和路电信号和差路电信号作为测控站基带处理单元的输入信号参加后续信号处理工作；上行功率驱动光信号由二号模拟光放大器进行放大，经由光纤传输至三号接收光端机转换得到上行功率驱动电信号，由高功率放大器放大后经天线发射至航天器。
2.根据权利要求I所述的长距离传输S频段测控信号的光纤装置，其特征在于所述的波分复用器为4波分复用器,4个波长分别X 4、A 3> A 2> A j, Al = 1550. 12nm, A 2 =1553. 32nm, A 3 = 1556. 52nm, A 4 = 1559. 72nm。
3.根据权利要求I所述的长距离传输S频段测控信号的光纤装置，其特征在于所述的模拟光放大器为分布式拉曼非线性光纤放大器。
全文摘要
本发明公开了一种长距离传输S频段测控信号的光纤装置，测控系统的和路、差路电信号分别经过发射光端机转换为光信号，与两路备份光通路信号一起进行光波合成后进行放大，经由光纤传输至波分复用器进行分解，转换得到和路、差路电信号，作为测控站基带处理单元的输入信号参加后续信号处理工作；测控系统基带处理单元的上行功率驱动电信号通过发射光端机转换为光信号，进行放大后经由光纤传输并转换得到上行功率驱动电信号，由高功率放大器放大后经天线发射至航天器。本发明能够满足长距离(大于40km)传输S频段测控信号需求，保持原测控系统的各项技术指标，且易于工程实现。
文档编号H04B10/08GK102780527SQ20121013372
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年5月3日
发明者刘军, 吴宗清, 张卓, 徐晓飞, 朱宏韬, 李广庆, 李晶, 李蝉, 江晓凤, 洪宇, 苏勋, 许东 申请人:中国西安卫星测控中心