一种无信标光跟踪通信系统及其应用的制作方法

本申请涉及无线激光通信，尤其涉及到一种无信标光跟踪通信系统、一种光捕获对准方法、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、激光通信技术具有体积小、保密性强、远距离传输等优点，应用前景广泛，可以应用于固定点之间、移动点之间、固定点与移动点之间的通信。激光通信系统能够在远距离、窄光束、大气湍流和终端抖动干扰的情况下快速、精确、稳定的传输信息的重要前提是需要快速捕获对端光束，使得通信双方光信号对准，并在各种干扰的影响下稳定通信链路不受影响。apt(acquisition，pointing，and tracking，即捕获、对准和跟踪)系统的发展为以上问题的解决提供了支持。

2、apt系统从结构上可以分为有信标和无信标两种结构。有信标指的是光通信终端发出的定位对方终端的信标光与通信光不同，仅用信标光捕跟瞄，是目前主要的应用方式。而无信标则是信标光与通信光相同，以通信光本身为通信光进行捕跟瞄，由于无信标apt系统无需额外的信标激光器，相比于有信标apt系统而言能够减少激光通信终端的重量和功耗，然而，由于通信光发散角比信标光小，其难以实现在有限时间内完成不确定区域扫描、实现可靠捕获的难度更大。

3、因此，提供一种兼具体积、重量小，功耗低，并且能快速、精准实现激光扫描、捕获和跟踪的激光通信系统是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种无信标光跟踪通信系统及应用，其可以解决现有的有信标问题apt系统重量和功耗大，无信标apt系统难以快速完成扫描和准确捕获信号的问题。

2、一方面，本发明提供一种无信标光跟踪通信系统，其包括：光发射端和光接收端；所述光发射端包括：激光器、发射天线；所述光接收端包括：接收天线、精对准执行机构、分光镜、通信探测器和光斑探测器；所述激光器发出的激光光束经过所述发射天线发射后被所述接收天线接收，并通过所述分光部件部分进入所述通信探测器实现通信功能、且部分进入所述光斑探测器实现光束对准跟踪功能；所述光发射端和/或所述光接收端设置有粗对准执行机构，用于控制所述激光光束的扫描轨迹，使所述光斑探测器的视场中出现光斑；所述精对准执行机构控制所述激光光束的指向，使所述光斑到达所述光斑探测器中的目标靶心的位置。

3、在本发明的一个实施例中，所述粗对准执行机构机械连接所述发射天线3和/或所述接收天线，用于控制相应的所述发射天线和/或所述接收天线的指向，使所述精对准执行机构的可执行范围移动到包含所述目标靶心的位置。

4、在本发明的一个实施例中，所述无信标光跟踪通信系统还包括：设置于所述激光器和所述发射天线之间的光纤放大器，所述激光器发出的激光光束通过所述光纤放大器后以耦合进光纤的方式输出至所述发射天线。

5、在本发明的一个实施例中，所述光发射端和所述光接收端分别还设置有：控制单元和射频通信模块，所述控制单元电连接所述粗对准执行机构，所述光接收端与所述光发射端通过所述射频通信模块建立通信连接，用于当所述光斑探测器的视场内出现所述光斑时，通知所述控制单元控制所述粗对准执行机构停止扫描。

6、在本发明的一个实施例中，所述精对准执行机构为微振镜、且只位于所述光接收端的会聚光路中。

7、在本发明的一个实施例中，所述光斑探测器为四象限探测器、位置敏感探测器、焦平面探测器、ccd或coms中的任何一种。

8、在本发明的一个实施例中，所述粗对准执行机构为二维转台，所述光发射端和所述光接收端共用一个所述粗对准执行机构。

9、另一方面，本发明还提出一种光捕获对准方法，适用于上述中任意一个实施例所述的无信标光跟踪通信系统，包括：通过粗对准执行机构控制激光光束在预设扫描范围内执行一个扫描周期，若所述扫描周期内所述光接收端的光斑探测器光斑捕获失败，则令所述光斑探测器的视场跳步一次，重新在所述扫描范围内执行一个扫描周期，直至光斑捕获成功；根据所捕获光斑的位置信息驱动粗对准执行机构控制所述发射天线和/或所述接收天线的指向，使精对准执行机构的可执行范围移动到包含目标靶心的位置，完成粗对准；根据粗对准后光斑的位置信息驱动所述精对准执行机构控制所述激光光束的指向，使光斑到达所述光斑探测器中的所述目标靶心的位置。

10、又一方面，本发明实施例还提出一种电子设备，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现如上述中任意一个实施例所述的无信标光跟踪通信方法。

11、再一方面，本发还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述中任意一个实施例所述的无信标光跟踪通信方法。

12、由上可知，本发明的上述实施例可以具有以下一个或多个有益效果：

13、(1)本发明提出的无信标光跟踪通信系统，利用信号光同时作为通信光束和对准光束，光发射端和光接收端之间采用共轴双光路，实现跟踪和通信光路一体化，降低了激光通信系统的体积、重量和功耗，同时通过粗对准执行机构控制激光光束的扫描轨迹，使光斑探测器的视场中出现光斑，精对准执行机构控制激光光束的指向，使光斑到达光斑探测器中的目标靶心，以此实现快速的激光扫描和精准的光斑捕获及跟踪；

14、(2)通过设置于光接收端的一个光斑探测器配合控制单元控制粗对准执行机构和精对准执行机构，以及建立射频通信模块在光发射端与光接收端之间建立通信连接，大大简化了系统硬件结构；

15、(3)精对准执行机构只位于光接收端的会聚光路中，既能简化光路，又能实现精准的光斑捕获及跟踪，能够有效提高系统性能。

技术特征：

1.一种无信标光跟踪通信系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，所述粗对准执行机构(9)机械连接所述发射天线(3)和/或所述接收天线(4)，用于控制相应的所述发射天线(3)和/或所述接收天线(4)的指向，使所述精对准执行机构(5)的可执行范围移动到包含所述目标靶心的位置。

3.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，还包括：设置于所述激光器(1)和所述发射天线(3)之间的光纤放大器(2)，所述激光器(1)发出的激光光束通过所述光纤放大器(2)后以耦合进光纤的方式输出至所述发射天线(3)。

4.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，所述光发射端和所述光接收端分别还设置有：控制单元(10)和射频通信模块(11)，所述控制单元(10)电连接所述粗对准执行机构(9)，所述光接收端与所述光发射端通过所述射频通信模块(11)建立通信连接，用于当所述光斑探测器(8)的视场内出现所述光斑时，通知所述控制单元(10)控制所述粗对准执行机构(9)停止扫描。

5.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，所述精对准执行机构(5)为微振镜、且只位于所述光接收端的会聚光路中。

6.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，所述光斑探测器(8)为四象限探测器、位置敏感探测器、焦平面探测器、ccd或coms中的任何一种。

7.根据权利要求1所述的无信标光跟踪通信系统，其特征在于，所述粗对准执行机构(9)为二维转台，所述光发射端和所述光接收端共用一个所述粗对准执行机构(9)。

8.一种光捕获对准方法，其特征在于，适用于权利要求1-7中任意一项所述的无信标光跟踪通信系统，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现如权利要求8所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求8所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种无信标光跟踪通信系统，包括：光发射端和光接收端；光发射端包括：激光器、发射天线；光接收端包括：接收天线、精对准执行机构、分光镜、通信探测器和光斑探测器；激光器发出的激光光束经过发射天线发射后被接收天线接收，并通过分光部件部分进入通信探测器实现通信功能、且部分进入光斑探测器实现光束对准跟踪功能；光发射端和/或光接收端设置有粗对准执行机构，用于控制激光光束的扫描轨迹，使光斑探测器的视场中出现光斑；精对准执行机构控制激光光束的指向，使光斑到达光斑探测器中的目标靶心的位置。其可以解决现有的有信标问题APT系统重量和功耗大，无信标APT系统难以快速完成扫描和准确捕获信号的问题。

技术研发人员：韩新丽,杨振,董超,李青松,王琦,高亦飞,齐恕贤,刘嘉巍
受保护的技术使用者：湖北华中长江光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15