[發(fā)明專利]基于超寬視場(chǎng)鏡頭和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)的光信號(hào)接收系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310306042.3
• 申請(qǐng)日: 2013-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103346843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉璐;涂波;陳特;胡薇薇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/67
• 分類號(hào): H04B10/67;G02B13/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于超寬視場(chǎng)鏡頭和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)的光信號(hào)接收系統(tǒng)，屬于光信號(hào)接收領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)于激光通信系統(tǒng)，近年來(lái)，簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式已經(jīng)開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)可能需要同時(shí)與多個(gè)不同空間位置的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。為了實(shí)現(xiàn)光鏈路的快速建立，通信節(jié)點(diǎn)需要具備寬視場(chǎng)信號(hào)接收的能力。因此，在激光通信系統(tǒng)中，需要獲取盡可能大的接收視場(chǎng)范圍。

對(duì)于室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，由于照明的需要，LED光源需要大的發(fā)散角度，從而導(dǎo)致用戶終端接收到的信號(hào)較弱。但是，在室內(nèi)環(huán)境中，存在多路不同路徑的散射或者折射的信號(hào)。因此，在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中，需要獲取盡可能大的視場(chǎng)范圍來(lái)接收盡可能多的信號(hào)。

由于傳播損耗以及安全性等方面的原因，激光、可見(jiàn)光等光通信系統(tǒng)基本都工作在直射條件下。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的直射通道上有障礙物時(shí)，將會(huì)在接收機(jī)處形成“陰影效應(yīng)”。這會(huì)影響系統(tǒng)的通信性能，甚至導(dǎo)致接收機(jī)出現(xiàn)通信盲區(qū)，使通信無(wú)法繼續(xù)。為了解決“陰影效應(yīng)”，在發(fā)送端可以采用多個(gè)信號(hào)源發(fā)送數(shù)據(jù)，而在接收端使用寬視場(chǎng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置信號(hào)的接收。實(shí)際中，為了獲得盡可能大的接收視場(chǎng)范圍，常用光學(xué)鏡頭拼接方案。它利用多個(gè)較小視場(chǎng)的光學(xué)鏡頭按一定的空間順序排列形成光學(xué)陣列結(jié)構(gòu)，從而獲得大視場(chǎng)覆蓋能力。這種方案的不足之處在于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)備成本高，而且光學(xué)鏡頭之間必須維持一定的夾角，對(duì)機(jī)械固定要求高。

現(xiàn)有的寬視場(chǎng)接收方案常采用多發(fā)送、單接收的方式。這種結(jié)構(gòu)利用多個(gè)信號(hào)源發(fā)送相同或者不同的信號(hào)，然后由單一的光電探測(cè)器進(jìn)行接收，導(dǎo)致設(shè)備利用率低、數(shù)據(jù)率低，已經(jīng)不能滿足當(dāng)下高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆榱擞行У睦枚嗦沸盘?hào)源的信號(hào)，系統(tǒng)常采用MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)信號(hào)源信號(hào)的同時(shí)接收。這就要求，接收機(jī)在滿足大視場(chǎng)要求外，還必須能夠接收并解析不同位置信號(hào)源發(fā)射的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的單獨(dú)接收。此時(shí)，單一的光電接收器方案不能夠滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上接收方案不足，本發(fā)明提出了超寬視場(chǎng)鏡頭結(jié)合陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)的光信號(hào)接收系統(tǒng)，利用超寬視場(chǎng)鏡頭的超寬視場(chǎng)特性實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)范圍內(nèi)光信號(hào)的收集，然后由陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立接收。

本發(fā)明結(jié)合超寬視場(chǎng)鏡頭和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)，具備了超寬的接收視場(chǎng)角范圍，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多路信號(hào)的獨(dú)立接收，從而獲得高通信速率。

本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：基于超寬視場(chǎng)鏡頭和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)的光信號(hào)接收系統(tǒng)，包括沿光的傳播方向依次布置的超寬視場(chǎng)鏡頭、濾光器和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)。

超寬視場(chǎng)鏡頭為視場(chǎng)角達(dá)到120°以上的寬視場(chǎng)鏡頭或魚(yú)眼鏡頭。

陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)有多個(gè)探測(cè)器拼接方式或者光纖捆束方式。

濾光器可以濾除帶外噪聲干擾、提高系統(tǒng)接收性能。濾光器的選擇根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)而定，對(duì)于可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，選擇可見(jiàn)光波段的寬帶濾光器件；對(duì)于激光通信系統(tǒng)，選擇激光波段的窄帶濾光器件。

本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

①本發(fā)明充分利用了超寬視場(chǎng)鏡頭的超寬視場(chǎng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)超寬視場(chǎng)范圍內(nèi)不同空間方位光信號(hào)的接收；這種超寬視場(chǎng)接收方式降低了用戶終端對(duì)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)精度的要求，使用戶終端在移動(dòng)時(shí)也能夠繼續(xù)保持通信；而陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)能夠靈活組陣，可以對(duì)超視場(chǎng)寬鏡頭成像焦平面進(jìn)行空間多點(diǎn)采樣，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)源在成像空間的有效分割（空分復(fù)用），形成多個(gè)獨(dú)立光學(xué)子通道，為構(gòu)建MIMO通信體制奠定光學(xué)基礎(chǔ)；多個(gè)光學(xué)子通道可用于實(shí)現(xiàn)角度分集接收，進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)性能；而且，陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)可對(duì)背景光干擾進(jìn)行空間濾波，達(dá)到濾除強(qiáng)背景干擾源、提高接收信噪比的效果，改善接收性能。

②為了提高接收到的信噪比，在超寬視場(chǎng)鏡頭和陣列探測(cè)結(jié)構(gòu)之間采用濾光器件來(lái)濾除接收到的背景噪聲；相對(duì)于采用多個(gè)光學(xué)鏡頭組成的寬視場(chǎng)接收系統(tǒng)而言，采用單個(gè)超寬視場(chǎng)鏡頭不僅能夠獲得寬視場(chǎng)覆蓋，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)多個(gè)光學(xué)鏡頭的位置進(jìn)行布局設(shè)計(jì)和采取相應(yīng)的固定措施；超寬視場(chǎng)鏡頭用于光信號(hào)的接收，不需要考慮成像質(zhì)量；只需要以收集寬視場(chǎng)范圍內(nèi)的光信號(hào)功率為約束條件，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本。

③本發(fā)明能夠有效抑制“陰影效應(yīng)”，相對(duì)于單一光電接收系統(tǒng)而言，陣列接收結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)與多路信號(hào)的獨(dú)立接收，得到高通信速率；系統(tǒng)具有集成度高，易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，有較高的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明的多個(gè)探測(cè)器拼接方案示意圖；

圖3為本發(fā)明的光纖捆束方案示意圖。

具體實(shí)施方式