本发明涉及空间光通信技术领域，尤其涉及一种多孔径空间光通信接收机及多孔径空间光通信系统。
背景技术
自由空间光通信技术自从被提出以来，一直受到光通信领域研究人员的高度重视。空间光通信技术具有带宽高、保密性好、无需波段申请等优点，被认为可以取代微波通信，成为下一代通信系统的主要手段。然而由于激光的准直传输特点，常规空间光通信系统要求发射端和接收端相互高度对准，根据通信系统设计的区别，对准精度通常要求在0.1mrad-10mrad不等，为了实现上述精度要求，设计了各种复杂而庞大的捕跟瞄系统。然而，上述捕跟瞄系统体积庞大，而且难以实现连续快速准确对准，无法在运动中的车辆、飞行器或者单人设备上使用。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种多孔径空间光通信接收机及多孔径空间光通信系统，以解决以上所述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明的一方面，提供了一种多孔径空间光通信接收机，包括：
n个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面，n＞1；
n个探测模块，位于各聚光模块的焦曲面上，各探测模块包括由m个探测器组成的探测器阵列，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号，并得到探测信号，m＞1；以及
处理模块，用于所述探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息并恢复所述数据信号。
在本发明的一些实施例中，处理模块对各探测器探测到的信号进行处理，确定所述光源的位置信息，具体为：处理模块在各预定周期分别识别并选取一个或者多个预定强度的数据信号的探测器作为采样芯片，恢复所述采样芯片上探测到的探测信号，直至遍历各探测器，从而确定光源的位置信息。
在本发明的一些实施例中，所述光信号为可见光、紫外线或者红外线。
在本发明的一些实施例中，所述聚光模块为透镜或者反射镜，且所述聚光模块的表面上镀有与所述光信号的波长范围一致的滤光膜。
在本发明的一些实施例中，所述探测信号的格式为二进制强度调制ook格式、脉冲幅度调制pam格式、脉冲宽度调制pwm格式或者模拟信号幅度调制。
在本发明的一些实施例中，，所述处理模块为fpga芯片。
在本发明的一些实施例中，所述探测器为硅基光电探测器和铟镓砷磷探测器。
本发明的另一方面，还提供了一种多孔径空间光通信系统，包括：
发射机，包括：
电路模块，用于将外部输入的数据信号进行处理；
激光模块，用于发射激光信号，并调制电路模块输出的处理后的
信号，以得到所述光信号；以及
以上任一所述的多孔径空间光通信接收机。
在本发明的一些实施例中，所述激光模块为半导体激光器、固体激光器或气体激光器。
(三)有益效果
本发明的多孔径空间光通信接收机及多孔径空间光通信系统，相较于现有技术，至少具有以下优点：
1、将大面阵探测器分布在透镜模块焦曲面上，并且在信号分析阶段只选用焦点附近探测器的输出信号，因而同时具有广角接收能力、抗振动能力和抗干扰能力，且探测角度提高2个数量级以上。
2、抗振性能优异，在剧烈振动或者摇摆的环境下能够保证对空间光信号的稳定连续接收。
3、接收机能够直接从信号光中分析并提供光源位置信息，无需额外的信标光和探测器，相较于传统空间光通信系统结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例的多孔径空间光通信接收机的结构示意图。
图2a至图2d为本发明实施例的探测器阵列的排布示意图。
图3为本发明实施例的空间光通信接收机透镜成像及场曲面图。
图4为本发明实施例的多孔径空间光通信系统的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，常规空间光通信技术的对准精度不高，有鉴于此，本发明提供了一种多孔径空间光通信接收机，将大面阵(大面积阵列的)探测器分布在透镜模块焦曲面上，并且在信号分析阶段只选用焦点附近探测器的输出信号，因而同时具有广角接收能力、抗振动能力和抗干扰能力。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例的一方面，提供了一种多孔径空间光通信接收机，图1为本发明实施例的多孔径空间光通信接收机，如图1所示，该多孔径空间光通信接收机1，包括：n个聚光模块11、n个探测模块12和处理模块13。
n(n＞1)个聚光模块11，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块11的焦曲面，所述数据信号可以为数字信号或者模拟信号。其中，所述光信号可以为可见光、紫外线或者红外线等其他波长范围的光，实际上，光信号作为载波，不限波长范围，由于可见光、紫外线或者红外线易于携带数据信息，因此，这三种光信号为优选方案。
所述聚光模块11可以为透镜和/或反射镜。也就是说，聚光模块11可以是多片透镜组成的透镜组，也可以采用反射镜替代其中部分或全部透镜。
优选地，聚光模块11可以镀与所述光信号的波长范围一致的滤光膜。发射端和接收端可以使用前向纠错编码方式对信号进行编解码，降低系统误码率。另外，聚光模块11自身的折射率、焦距和面积等参数，以及探测器阵列中探测器的数目及尺寸，会对接收机1接收光信号的窗口角度产生影响。一般来说，透镜的焦距越小，探测器的数目和尺寸越大，则接收机1接收光信号的窗口角度越高。又因为探测器能探测强度信息，因此光信号的调制格式可以是任意非相干的通信格式。
n个探测模块12，位于各聚光模块11的焦曲面上，各探测模块12包括由m(m＞1)个探测器组成的探测器阵列，用于探测所述聚光模块11汇聚的光信号，并得到探测信号。所述探测器为硅基光电探测器和铟镓砷磷探测器或者其他种类的探测器。
所述探测信号的格式为二进制强度调制ook格式、脉冲幅度调制pam格式、脉冲宽度调制pwm格式或者模拟信号幅度调制等任何非相干通信格式，可以根据实际情况进行选择。
由于任何光电探测器，在工作过程中都会产生噪声，在探测器阵列中，使用较多的探测器，意味着积累更多的噪声。在本专利中，设计了处理模块13，每隔一段时间，分析探测器阵列中光信号最强位置，并且利用该位置附近的若干片探测器上采集到的数据，并对该探测信号进行分析，忽略其他探测器上的噪声信号。
处理模块13，用于所述探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息。其中，处理模块13在各预定周期分别识别并选取一个或者多个预定强度(一般来说，预定强度越大，探测结果越准确)的数据信号的探测器作为采样芯片，恢复所述采样芯片上探测到的探测信号，直至遍历各探测器，从而确定光源的位置信息。所述光源的位置信息可以是光纤传输的光纤信号，可以是电缆传输或者通过无线传输的微波信号，其调制格式可以是任意格式的模拟信号或数字信号。
在一些实施例中，处理模块13可以为fpga(现场可编程门阵列)芯片、高速单片机芯片或者其他芯片，一般采用fpga芯片，能够实现程序的可编程，以实现更多的不同功能。
图2a至图2d为本发明实施例的探测器阵列的排布示意图，图3为本发明实施例的空间光通信接收机透镜成像及场曲面图，如图所示，本实施例的接收机，可以设计为如图2a至图2d所示的三孔结构，图2a至图2c为三孔阵列空间光通信系统透镜模块焦曲面与探测器阵列位置关系俯视图，图中的圆圈为透镜的焦曲面，方块为大面阵探测器。当入射光信号以一定范围的入射角度进入透镜时，形成的光斑将落在如图所示的圆形焦曲面内。在圆形焦曲面内按照如图2a至图2c所示的排列方式，排布三组探测器阵列，若将三个探测芯片阵列拼凑在一起，则实现如图2d所示的无缝探测器阵列。当三个透镜模块指向相同方向时，探测器阵列可以无死角的接收一定入射角度范围内的所有信号光。
图3是多孔空间光通信接收机透镜成像及场曲面图，如图3所示，透镜模块采用单片聚光透镜实现，单透镜的焦曲面如图所示。图2a至图2d所示的大面阵探测器可以按照图3所示的焦曲面进行排布，从而实现对各个入射角度的光信号的全部接收。如果透镜模块采用多个透镜，并合理设计透镜结构，则可以消除场曲，使得焦点组成焦平面，探测器只需要二维水平排布，降低加工工艺难度。
接收机在处理探测器芯片接收到的电信号过程中，利用fpga芯片判断信号光最强位置，并选取该位置附近的若干个探测器芯片的信号，进行分析处理，忽略其他位置探测器信号。若采用图2a至图2d所示的方式平铺和拆分探测器阵列，可以按照其编码方式对探测器进行编码，若fpga芯片判断光信号最强位置在(a，b)芯片出，a/b均为整数，则可以选取(a，b)，(a，b±2)，(a±1，b±1)这7个探测器上的信号进行处理。同时根据(a，b)芯片坐标及透镜指向方向，计算出光源的位置信息，用于后续的机械伺服系统的控制。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种多孔径空间光通信系统，图2为本发明实施例的多孔径空间光通信系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：前述的多孔径空间光通信接收机1和发射机2。
其中，该发射机2包括：
电路模块21，用于将外部输入的数据信号进行处理，将外界输入的不同格式的信号，调整为电压电流匹配激光器或者调制器输入要求的数据信号，处理过程中还可以增加信号处理模块，对数据信号进行特殊编码，以实现额外功能；以及
激光模块22，用于发射激光信号(激光信号的输出方式可以是透镜广角输出，或者利用光学相控阵技术定向输出)，并调制电路模块输出的处理后的信号，以得到所述光信号。所述激光模块22为半导体激光器、固体激光器、气体激光器或者其他类型的激光器。
另外，可以根据发射机和接收机的通信距离，选择激光模块的发射方式。在近程通信时，激光模块可以广角发射该光信号，在远程通信时，也可以利用光学相控阵技术定向发射光信号。
前述的多孔径空间光通信接收机，接收来自于激光模块输出的光信号，并通过聚光模块、探测模块和处理模块处理，从而确定所述光源的位置信息和外部输入的数据信号。
综上，本发明的多孔径空间光通信接收机及多孔径空间光通信系统将大面阵探测器分布在透镜模块焦曲面上，并且在信号分析阶段只选用焦点附近探测器的输出信号，因而同时具有广角接收能力、抗振动能力和抗干扰能力。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，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。