載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速激光器空間通信領(lǐng)域，尤其是涉及解決一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]隨著今年國家的各項(xiàng)政策決議，飛行器航拍、遙感市場將在未來幾年迎來跨越式發(fā)展的新契機(jī)。而像無人機(jī)等空間載荷具有快速機(jī)動(dòng)、離地、廣闊視野以及去人化等優(yōu)勢，能夠克服人的因素所造成的困難。如無人機(jī)航拍，以前航拍時(shí)需要將攝影師送入直升機(jī)中進(jìn)行拍攝，其成本高、拍攝難度大，難以進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域拍攝(如火山口，海嘯等)等問題，而無人機(jī)均可解決這類問題，且重復(fù)使用性好。而低端航拍無人機(jī)的應(yīng)用，遠(yuǎn)不止航空拍攝、航空攝影這幾點(diǎn)，比如固定翼航拍的森林防火、地震調(diào)查、核輻射探測、邊境巡邏、應(yīng)急救災(zāi)、農(nóng)作物估產(chǎn)、管道巡檢、保護(hù)野生動(dòng)物檢測、軍事偵察、搭載航拍電子設(shè)備進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)、海事偵查等等方面，都有無人機(jī)航拍探測應(yīng)用。本發(fā)明首先提出了采用激光器對無人機(jī)等飛行載體進(jìn)行通訊，其主要原理是通過地面發(fā)射激光器，經(jīng)放大對準(zhǔn)后，向飛行載體接收端發(fā)射，激光器進(jìn)入空間載荷后，由光耦合隔離器轉(zhuǎn)入調(diào)制器中，在調(diào)制器中加載高頻信號，再由光耦合隔離器轉(zhuǎn)回載體發(fā)射設(shè)備，在與地面接收器對準(zhǔn)后發(fā)射具有高頻信號的激光，在地面對激光進(jìn)行解析，從而得到航拍、探測的實(shí)時(shí)圖像、視頻和數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出的技術(shù)能夠在現(xiàn)有的載體基礎(chǔ)上提升空間載荷與地面通信之間的速率5-10倍，將大部分發(fā)射和解析設(shè)備放于地面，空間中僅僅放置幾個(gè)無源的光器件和一個(gè)加載信號的調(diào)制器，大大降低了載體在通信方面的功耗，而激光器的準(zhǔn)直性又能很好的保證數(shù)據(jù)的安全，無論在軍用還是民用方面都具有不錯(cuò)的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，尤其側(cè)重于無源載荷的空間載荷與地面之間的高速通信，以解決市場對于更高速率通信的要求。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面站、空間載荷兩部分組成，該地面站和空間載荷通過激光光束連通并上下通信；
[0005]其中地面站包括:
[0006]一激光器，用于產(chǎn)生光載波；
[0007]—光放大器，該光放大器的輸入端與激光器的輸出端連接，用于對光載波的放大；
[0008]—下自對準(zhǔn)光收發(fā)器，用于對發(fā)射光的平行擴(kuò)束發(fā)射和對接收光的聚焦親合，該下自對準(zhǔn)光收發(fā)器接收光放大器的信號；
[0009]一光電探測器，用于對光信息的探測、接收和處理，該光電探測器的輸入端與下自對準(zhǔn)光收發(fā)器的輸出端連接；
[0010]一解調(diào)制和MCU處理器，其輸入端與光電探測器的輸出端連接，用于解調(diào)和處理接收到的光信號；
[0011]空間載荷包括:
[0012]—上自對準(zhǔn)光收發(fā)器，用于對接收光的聚焦耦合和發(fā)射光的平行擴(kuò)束，且用于對地面天線的動(dòng)態(tài)跟蹤與瞄準(zhǔn)；
[0013]—光耦合隔離器，其與上自對準(zhǔn)光收發(fā)器雙向連接；
[0014]—調(diào)制器，用于空間信號的加載，其輸入端口 I接收光耦合隔離器激光光束，輸出端3與光耦合隔離器的輸入端3相連接；
[0015]一中央處理器，用于將調(diào)制后的信號返回給地面站，該中央處理器的輸出端與調(diào)制器的輸入端口 2連接；
[0016]—探測設(shè)備，用于采集地面所需的信號，并將此信號加載到調(diào)制器上，該探測設(shè)備的輸出端與中央處理器的輸入端連接。
[0017]本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)其設(shè)備連接關(guān)系及原理為:
[0018]1.激光器發(fā)射一束激光，進(jìn)入光放大器(EDFA)放大；
[0019]2.經(jīng)過光放大器放大后的激光進(jìn)入光學(xué)天線中，再由定位模塊向跟蹤瞄準(zhǔn)控制系統(tǒng)提供空間載荷的大致位置后，由跟蹤瞄準(zhǔn)控制系統(tǒng)自行瞄準(zhǔn)，激光經(jīng)光學(xué)天線耦合放大后射入空間載荷中；
[0020]3.空間載荷中的接收機(jī)收到激光后，將激光直接接入光耦合隔離器I端口，并在光耦合隔離器中無差損地進(jìn)入2端口，由光耦合隔離器2端口出射激光；
[0021]4.探測器采集到圖像視頻或者數(shù)模信號后，經(jīng)過中央處理器處理，將信號轉(zhuǎn)換成代碼流；
[0022]5.光耦合隔離器2端口與調(diào)制器相連，激光進(jìn)入調(diào)制器中，中央處理器將代碼流通過調(diào)制器加載到激光上；
[0023]6.調(diào)制器輸出端口與光耦合隔離器3端口相連，將攜帶高頻信號的激光引入光耦合隔離器中；
[0024]7.激光在光耦合隔離器中無差損的由I端口出射，進(jìn)入光學(xué)天線中。跟蹤瞄準(zhǔn)控制系統(tǒng)根據(jù)定位模塊，大致確定地面接收機(jī)的位置，自動(dòng)對準(zhǔn)跟隨地面接收機(jī)，將攜帶有高頻信號的激光射入地面接收機(jī)中；
[0025]8.進(jìn)入地面的激光信號，經(jīng)由光電探測器(PD)轉(zhuǎn)換成電信號。將電信號引入中央處理器中進(jìn)行解調(diào)制和圖像視頻記錄。
[0026]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]1.本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，從根本上解決了微波傳輸中
2.4GBit/s的速率上限，將這一傳輸速率提到了 5-10倍，能夠?qū)崿F(xiàn)超高清立體空間的圖像和視頻傳播對于數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊蟆?br>[0028]2.本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，由于使用的是激光作為信號的載體，它從技術(shù)上能夠解決數(shù)據(jù)的安全性問題。當(dāng)前空間通信大多采用微波傳輸，長波長的微波在空氣中傳輸衍射，易被別人截獲，而激光具有準(zhǔn)直性和方向性，能夠很好的保證數(shù)據(jù)的安全，在軍用航拍和國家地質(zhì)拍攝及探測等涉密方面具有天然的優(yōu)勢。
[0029]3.本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求將大部分激光器發(fā)射和接受裝置安放于地面，在空間載荷中僅僅放置幾個(gè)無源的光器件和一個(gè)加載信號的調(diào)制器，大大降低了設(shè)備對于飛行載體載荷以及功耗的要求。更少的器件置于空間中，可以大大提高飛行器系統(tǒng)中的穩(wěn)定性，克服各種惡劣的自然條件，滿足飛行器在惡劣條件下的拍攝和探測要求。
[0030]4.本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，本發(fā)明技術(shù)原理簡單，即激光器發(fā)射激光，經(jīng)過光放大后進(jìn)入調(diào)制器加載信號，再由光電探測器轉(zhuǎn)換光信號，最后解調(diào)出有用的高頻信號。并且本發(fā)明技術(shù)成熟，在地面各個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站之間已有廣泛的應(yīng)用，激光器的快速精準(zhǔn)捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)技術(shù)也相對成熟，因此本發(fā)明所提供的技術(shù)，其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)能力強(qiáng)。
[0031]5.本發(fā)明提供了一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，本系統(tǒng)將激光作為信號的載體，通過調(diào)制器加載高頻信號進(jìn)行空中與地面的通信，其側(cè)重于地對低空以及低空對地之間的高速通信，因此其應(yīng)用不局限于圖像、視頻拍攝和數(shù)據(jù)采集，也適用于各種其他掛載的需要通信的設(shè)備。
【附圖說明】
[0032]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中:
[0033]圖1是本發(fā)明中載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種載荷無源的空間激光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面站10、空間載荷20兩部分組成，該地面站10和空間載荷20通過激光光束連接通訊，
[0035]其中地面站10包括:
[0036]一激光器11，用于產(chǎn)生光載波，所述地面站10所包含的激光器11是光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或是窄線寬激光器，其波長選擇在大氣窗口范圍之內(nèi)；
[0037]—光放