一种无线光通信终端一对多双向通信系统及实现方法与流程

1.本发明属涉及地面无线光通信技术领域，具体是一种无线光通信终端一对多双向通信系统及实现方法。


背景技术：

2.无线光通信是以激光作为载波，在自由空间中传输信息的新型通信技术。光通信具有传输速率高、保密性强等特点，近年来技术发展迅速，工程上也逐渐得到应用。但目前无线光通信主要是点对点通信，在工程应用中有很大的局限性，当需要多点互联时需要增加多个通信终端作为中继、造价高昂且对接收端有固定的数量限制。
3.目前，一对多无线光通信系统是无线光通信的一个发展方向。中国专利cn108306684b公开了一种大范围多节点同时接收的双向自由空间激光通信网络系统，该系统相当于利用多个点对点光通信系统组合而成，系统复杂，成本高。中国专利cn112600620a公开了一种大范围一对多单向激光通信装置及方法，该技术方案只能实现单向通信，且采用转台作为旋转机构，效率低，也增加了成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无线光通信终端一对多双向通信系统及实现方法。这种系统成本低、实用性强，通信终端数量可以任意增减，这种方法效率高。
5.实现本发明目的的技术方案是：一种无线光通信终端一对多双向通信系统， 包括设置在相互间距离不超过1km且中间无遮挡的主终端和从终端组，主终端视场最大覆盖前方120度范围，从终端组中所有从终端均位于主终端视场范围内，主终端中设有由电机和三棱镜组成的三棱镜旋转机构，电机旋转带动三棱镜进行旋转，从而控制主终端发射信号光的轨迹，三棱镜旋转机构旋转信号光覆盖主终端前方120度范围，信号光发散角较大，在毫弧度量级，方便通信终端探测，电机的负载只有三棱镜，负载小，所以三棱镜旋转机构带宽较高，执行效率高，从终端组中所有从终端均设有调整视轴的带瞄准镜的手动云台，手动云台调整从终端组中所有从终端视轴对准主终端位置，调整好视轴之后固定从终端，保持视轴始终指向主终端，主终端与从终端组中所有从终端的信号光发射光路与接收光路均可重合，三棱镜旋转机构周期匀速旋转，使主终端发射的信号光周期性覆盖各个从终端实现双向通信，其中，主终端和从终端组中所有从终端的发射信号光与接收信号光波长不同，互不影响。
6.所述主终端设有第一信号光收发单元，第一信号光收发单元中设有三棱镜旋转机构、第一信号光发射光路、第一分色镜、第一反射镜和第一信号接收光路，所述三棱镜旋转机构中的三棱镜有三个反射面，每一个反射面均可反射信号光，第一信号光发射光路由第一单模光纤和第一透镜组成，第一分色镜、第一反射镜依次设置在三棱镜旋转机构与第一信号光发射光路之间，发射信号光时，第一信号光发射光路中的第一单模光纤发射信号光，
信号光先经过第一信号光发射光路中的第一透镜扩束，后经过第一分色镜透射光束，再经过第一反射镜、三棱镜旋转机构反射形成信号光发射光束，接收信号光时，接收光束先经过三棱镜旋转机构、第一反射镜反射、后经过第一分色镜反射，反射光束进入由第一信号探测器和第二透镜组成的第一信号接收光路，经过第二透镜聚焦在第一信号探测器上，其中，第一分色镜依据信号光波长的不同对发射信号光透射、对接收信号光进行反射。
7.所述从终端组中每个手动云台上还设有第二信号光收发单元，第二信号光收发单元设有第二信号光发射光路、第二分色镜、第二反射镜和第二信号接收光路，第二信号光发射光路由第二单模光纤和第三透镜组成，第二分色镜、第二反射镜依次排列设置在第二信号光发射光路前方，发射信号光时，第二单模光纤发射信号光，信号光先经过第三透镜扩束，后经过第二分色镜透射光束，再经过第二反射镜反射形成信号光发射光束，第二信号光接收光路由第二信号探测器和第四透镜组成，接收信号光时，接收光束先经过第二反射镜反射，后经过第二分色镜反射，反射光束进入第二信号接收光路，经过第四透镜聚焦在第二信号探测器上，其中，第二分色镜依据信号光波长的不同对发射信号光透射、对接收信号光进行反射。
8.所述从终端组中从终端的数量为至少2个。
9.一种无线光通信终端一对多双向通信实现方法， 包括上述的无线光通信终端一对多双向通信系统，所述方法包括如下步骤：1）放置主终端、从终端组，使从终端组位于主终端视场范围内；2）调节从终端组中任意从终端的视轴：观察瞄准镜、同时调整手动云台，手动云台在俯仰和方位两个方向上进行调整，从而带动从终端视轴旋转，瞄准镜固定在手动云台上，瞄准镜视轴与从终端视轴平行，使从终端视轴对准主终端；3）调整主终端视场：手动调整主终端方位，使主终端视场大致对准从终端组，并覆盖所有从终端组中的从终端，主终端视场范围不大于120度，从终端组位于主终端视场范围内时，主终端旋转三棱镜带动发射信号光旋转，从而覆盖从终端；4）主终端、从终端组的从终端发射信号光；5）主终端启动三棱镜旋转机构，当主终端发射的信号光覆盖从终端组时通信开始，在三棱镜旋转机构的一个旋转周期内，主终端可以完成和所有从终端的一次双向通信，三棱镜旋转机构带宽较高，可以缩小旋转周期，提高旋转频率，从而提高固定时间内主终端和所有从终端的双向通信次数，提高通信效率。
10.本技术方案中主终端采用三棱镜旋转机构带动发射信号光旋转覆盖多个从终端，实现一对多双向通信，使通信终端摆脱了对二维转台的依赖，降低了终端体积和重量及成本。
11.这种系统成本低、实用性强，通信终端数量可以任意增减，这种方法效率高。
附图说明
12.图1为实施例中主终端、从终端布局示意图；图2为实施例中主终端第一信号光收发单元光路原理示意图；图3为实施例中从终端第二信号光收发单元光路原理示意图；图4为实施例的方法流程示意图。
13.图中，1.主终端 2.从终端组 3.三棱镜旋转机构 4.第一分色镜 5 . 第一反射镜 6.第一信号光接收光路 7.第一信号光发射光路 8.第二分色镜 9.第二反射镜 10. 第二信号光接收光路 11. 第二信号光发射光路 12.手动云台 13.瞄准镜 14.第一信号光收发单元 15.第二信号光收发单元 16.第一单模光纤17.第一透镜 18. 第一信号探测器 19.第二透镜 20.第二单模光纤 21.第三透镜 22.第二信号探测器 23.第四透镜。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步说明，但不是对本发明的限定。
15.实施例：一种无线光通信终端一对多双向通信系统，如图1所示， 包括设置在相互间距离不超过1km且中间无遮挡的主终端1和从终端组2，主终端1视场最大覆盖前方120度范围，从终端组2中所有从终端均位于主终端1视场范围内，主终端1中设有由电机和三棱镜组成的三棱镜旋转机构3，电机旋转带动三棱镜进行旋转，从而控制主终端1发射信号光的轨迹，三棱镜旋转机构3旋转信号光覆盖主终端前方120度范围，信号光发散角较大，在毫弧度量级，方便通信终端探测，电机的负载只有三棱镜，负载小，所以三棱镜旋转机构3带宽较高，执行效率高，从终端组2中所有从终端均设有调整视轴的带瞄准镜的手动云台，手动云台调整从终端组2中所有从终端视轴对准主终端1位置，调整好视轴之后固定从终端组2，保持视轴始终指向主终端1，主终端1与从终端组2中所有从终端的信号光发射光路与接收光路均可重合，三棱镜旋转机构3周期匀速旋转，使主终端1发射的信号光周期性覆盖各个从终端实现双向通信，其中，主终端1和从终端组2中所有从终端的发射信号光与接收信号光波长不同，互不影响。
16.所述主终端1设有第一信号光收发单元，如图2所示，第一信号光收发单元14中设有三棱镜旋转机构3、第一信号光发射光路7、第一分色镜4、第一反射镜5和第一信号接收光路6，所述三棱镜旋转机构3中的三棱镜有三个反射面，每一个反射面均可反射信号光，第一信号光发射光路7由第一单模光纤16和第一透镜17组成，第一分色镜4、第一反射镜5依次设置在三棱镜旋转机构3与第一信号光发射光路7之间，发射信号光时，第一信号光发射光路7中的第一单模光纤16发射信号光，信号光先经过第一信号光发射光路7中的第一透镜17扩束，后经过第一分色镜4透射光束，再经过第一反射镜5、三棱镜旋转机构3反射形成信号光发射光束，接收信号光时，接收光束先经过三棱镜旋转机构3、第一反射镜5反射、后经过第一分色镜4反射，反射光束进入由第一信号探测器18和第二透镜19组成的第一信号接收光路6，经过第二透镜19聚焦在第一信号探测器18上，其中，第一分色镜4依据信号光波长的不同对发射信号光透射、对接收信号光进行反射。
17.所述从终端组2中每个手动云台上还设有第二信号光收发单元15，如图3所示，第二信号光收发单元15设有第二信号光发射光路11、第二分色镜8、第二反射镜9和第二信号接收光路10，第二信号光发射光路11由第二单模光纤20和第三透镜21组成，第二分色镜8、第二反射镜9依次排列设置在第二信号光发射光路11前方，发射信号光时，第二单模光纤20发射信号光，信号光先经过第三透镜22扩束，后经过第二分色镜8透射光束，再经过第二反射镜9反射形成信号光发射光束，第二信号光接收光路10由第二信号探测器22和第四透镜23组成，接收信号光时，接收光束先经过第二反射镜9反射，后经过第二分色镜8反射，反射
光束进入第二信号接收光路10，经过第四透镜聚焦在第二信号探测器上，其中，第二分色镜8依据信号光波长的不同对发射信号光透射、对接收信号光进行反射。
18.所述从终端组2中从终端的数量为至少2个。
19.一种无线光通信终端一对多双向通信实现方法， 包括上述的无线光通信终端一对多双向通信系统，如图4所示，所述方法包括如下步骤：1）放置主终端1、从终端组2，使从终端组2位于主终端视场范围内；2）调节从终端组2中任意从终端的视轴：观察瞄准镜、同时调整手动云台，手动云台在俯仰和方位两个方向上进行调整，从而带动从终端视轴旋转，瞄准镜固定在手动云台上，瞄准镜视轴与从终端视轴平行，使从终端视轴对准主终端1；3）调整主终端视场：手动调整主终端方位，使主终端视场大致对准从终端组2，并覆盖所有从终端组2中的从终端，主终端1视场范围不大于120度，从终端组2位于主终端1视场范围内时，主终端1旋转三棱镜3带动发射信号光旋转，从而覆盖从终端；4）主终端1、从终端组2的从终端发射信号光；5）主终端1启动三棱镜旋转机构3，当主终端1发射的信号光覆盖从终端组2时通信开始，在三棱镜旋转机构3的一个旋转周期内，主终端可以完成和所有从终端的一次双向通信，三棱镜旋转机构3带宽较高，可以缩小旋转周期，提高旋转频率，从而提高固定时间内主终端和所有从终端的双向通信次数，提高通信效率。