大器12，该光放大器12的输入端与激光器11的输出端连接，用于对光载波的放大，所述地面站10所包含的光放大器12是半导体光放大器或是光纤光放大器；
[0038]—下自对准光收发器13，用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦親合，该下自对准光收发器13接收光放大器12的信号，所述下自对准光收发器13包括一 GPS定位模块131、光学天线、跟踪瞄准控制系统、光接收机和光发射机。其中GPS定位模块131向上自对准光收发器21发射信号，提供下自对准光收发器13的位置坐标，跟踪瞄准控制系统根据上自对准光收发器21中的GPS定位模块211确定上自对准光收发器21的位置，由此来进行对准的粗调整和细调整，光学天线用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦耦合，光接收机和光发射机用于发射和接收激光信号；
[0039]一光电探测器14，用于对光信息的探测、接收和处理，该光电探测器14的输入端与下自对准光收发器13的输出端连接；
[0040]一解调制和MCU处理器15，其输入端与光电探测器14的输出端连接，用于解调和处理接收到的光信号；
[0041 ] 空间载荷20包括:
[0042]—上自对准光收发器21，用于对接收光的聚焦耦合和发射光的平行扩束，且用于对地面天线的动态跟踪与瞄准，所述空间载荷20上自对准光收发器21包括一 GPS定位模块211、光学天线、跟踪瞄准控制系统、光接收机和光发射机。其中GPS定位模块211向下自对准光收发器13发射信号，提供上自对准光收发器21的位置坐标，跟踪瞄准控制系统根据下自对准光收发器13中的GPS定位模块131确定下自对准光收发器13的位置，由此来进行对准的粗调整和细调整，光学天线用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦耦合，光接收机和光发射机用于发射和接收激光信号；
[0043]—光耦合隔离器22，其与上自对准光收发器21双向连接；
[0044]—调制器23，用于空间信号的加载，其输入端口 I接收光耦合隔离器22激光光束，输出端3与光耦合隔离器22的输入端3相连接，所述空间载荷20包含的调制器23是相干调制器，或强度调制器；
[0045]一中央处理器24，用于将调制后的信号返回给地面站10，该中央处理器24的输出端与调制器23的输入端口 2连接；
[0046]—探测设备25，用于采集地面所需的信号，并将此信号加载到调制器上，该探测设备25的输出端与中央处理器24的输入端连接，所述空间载荷20包含的探测设备25是摄像头、温度仪温度仪、地质探测器、气压气流探测器或大气成分探测器。
[0047]上述方案，所述的一种载荷无源的空间激光通信系统，其中激光器的选择要求激光需要有极高的相干性和穿透性，能够减小长距离传输中，大气对于激光的影响。
[0048]上述方案，所述的一种载荷无源的空间激光通信系统，其中空间载荷中的光学天线和接收机，其受限制于空间载荷的最大重量以及挂载空间限制，因此，它应该挂载到可360°旋转的机械臂上，并且此机械臂可根据定位模块来调整俯仰角。而作为地面对接的光学天线和接收机，具有大广角超大视野，以减少大气对通信的干扰以及定位模块精度所带来的对准难度。
[0049]上述方案，所述的一种载荷无源的空间激光通信系统，其中空间载荷中处理器需要满足高精度高速处理能力、lOGBit/s以上处理速率、GPS或北斗定位识别和对准跟踪锁定控制要求，因此需采用多路arm芯片并行处理结构，以增加处理器的处理和运算速率。
[0050]上述方案，所述的一种载荷无源的空间激光通信系统，其中光电探测器与激光器波长匹配，且满足高速探测要求。如1550nm激光器，lOGBit/s传输速率要求，则光电探测器应该选用1550波段且带宽在15GHz左右的器件。
[0051]以上所述的具体实施方法对于本发明的目的、技术方案和技术效果进行了进一步详细的说明，所应理解的是，以上所叙述的仅对于本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种载荷无源的空间激光通信系统，该系统由地面站、空间载荷两部分组成，该地面站和空间载荷通过激光光束连通并上下通信； 其中地面站包括: 一激光器，用于产生光载波； 一光放大器，该光放大器的输入端与激光器的输出端连接，用于对光载波的放大；一下自对准光收发器，用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦耦合，该下自对准光收发器接收光放大器的信号； 一光电探测器，用于对光信息的探测、接收和处理，该光电探测器的输入端与下自对准光收发器的输出端连接； 一解调制和MCU处理器，其输入端与光电探测器的输出端连接，用于解调和处理接收到的光信号； 空间载荷包括: 一上自对准光收发器，用于对接收光的聚焦耦合和发射光的平行扩束，且用于对地面天线的动态跟踪与瞄准； 一光耦合隔离器，其与上自对准光收发器双向连接； 一调制器，用于空间信号的加载，其输入端口 I接收光耦合隔离器激光光束，输出端3与光耦合隔离器的输入端3相连接； 一中央处理器，用于将调制后的信号返回给地面站，该中央处理器的输出端与调制器的输入端口 2连接； 一探测设备，用于采集地面所需的信号，并将此信号加载到调制器上，该探测设备的输出端与中央处理器的输入端连接。2.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中下自对准光收发器包括一 GPS定位模块、光学天线、跟踪瞄准控制系统、光接收机和光发射机。3.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中地面站所包含的激光器是光纤激光器、半导体激光器或是窄线宽激光器，其波长选择在大气窗口范围之内。4.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中地面站所包含的光放大器是半导体光放大器或是光纤光放大器。5.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中空间载荷上自对准光收发器包括一 GPS定位模块、光学天线、跟踪目苗准控制系统、光接收机和光发射机。6.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中空间载荷包含的调制器是相干调制器，或强度调制器。7.根据权利要求1所述的载荷无源的空间激光通信系统，其中空间载荷包含的探测设备是摄像头、温度仪、地质探测器、气压气流探测器或大气成分探测器。
【专利摘要】一种载荷无源的空间激光通信系统，该系统包括地面站和空间载荷；其中地面站包括：一激光器；一光放大器的输入端与激光器的输出端连接；一下自对准光收发器接收光放大器的信号；一光电探测器的输入端与下自对准光收发器的输出端连接；一解调制和MCU处理器，其输入端与光电探测器的输出端连接；空间载荷包括：一上自对准光收发器；一光耦合隔离器与上自对准光收发器双向连接；一调制器的输入端口1接收光耦合隔离器激光光束，输出端3与光耦合隔离器的输入端3相连接；一中央处理器的输出端与调制器的输入端口2连接；一探测设备的输出端与中央处理器的输入端连接。本发明侧重于无源载荷的空间载荷与地面之间的高速通信。
【IPC分类】H04B10/11, H04B10/291
【公开号】CN105207714
【申请号】CN201510552808
【发明人】刘建国, 谭俊, 梅海阔, 刘大畅, 陈伟, 祝宁华
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月1日