[發明專利]高速率激光通信方法和高精度激光測距一體化方法

有效

• 申請號: 201610533293.9
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106603149B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 孫建鋒;許蒙蒙;周煜;蔡光宇;張波;張國;李光遠;張寧;賈昱成;劉立人
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;G01S17/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

一種高速率激光通信和高精度測距的一體化方法，在激光通信系統中融入測距技術，將具有唯一性、良好自相關和互相關性質的測距碼嵌入通信數據中，經編碼后測距碼與通信數據串行傳輸，實現高速率的通信；在接收端將接收到的測距碼與本地測距碼的進行相關運算得到整數倍的碼元寬度的粗測時間值，同時由本地時鐘和接收恢復時鐘的相位差計算測距碼一個碼元內的精測時間值，實現高速率激光通信和高精度測距的一體化。本發明采用雙向單程通信，在測距的同時完成時鐘的時頻傳輸；本發明不需要高速的A/D轉換，就可以實現高速率激光通信和高精度測距。

技術領域

本發明涉及自由空間的激光通信和測距領域，特別是一種高速率激光通信和高精度激光測距一體化的方法。

背景技術

激光通信具有容量大、抗干擾性強、保密性好、功耗低、體積小等優點，能夠解決微波通信的高速率瓶頸，已被公認是星間、軌道間、同步衛星與深空探測器之間以及星地之間海量、超高速數據傳送的有效方式。采用激光通信測距一體化技術可以使飛行器在相同載荷下完成多種任務，從而降低對體積、功耗的要求，并提高系統的性價比。

現有技術[1](成都航天通信設備有限公司.基于MSK擴頻調制模式的相參偽碼測距方法：中國，CN103533651[A].2014.1.22.)現有技術[2](王琦，吳斌.光航天測控系統中偽碼測距精度分析[J].無線電工程，2009,39(1)：39～44.)中的測距方法將偽隨機碼(測距碼)作為通信信息的載波，通過擴頻通信增加信號帶寬進而提高碼元速率的方法來提高測距的精度，即測距碼的速率要遠遠大于通信信號的速率才可以實現高精度測距，但是這樣會導致通信速率過低，不能滿足衛星通信的要求，而且采用連續的測距碼在測量數萬公里的衛星距離時，需要很長的測距碼，這會增加碼捕獲的時間。除此之外，傳統的偽碼測距需要高采樣率的A/D芯片來緩存數據，這會增加硬件成本且在衛星站上不易實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高速率激光通信和高精度激光測距一體化方法，結合激光通信容量大、功耗低的特性和偽碼具有良好的自相關和互相關以及低截獲特性等優點，針對傳統偽碼測距不能實現高速率通信和要求處理芯片的采樣率過高等缺點，提出將測距碼嵌入到通信數據中，使測距碼和通信數據串行傳輸，從而實現高速率的通信；在接收端采用恢復時鐘信號與本地時鐘信號的相位比對可以實現一個測距碼元內的精測量。而且接收端只需要解調、時鐘恢復、抽樣判決、解碼，不需要高速A/D轉換可以實現高精度測距。本發明可同時實現高速率激光通信和高精度激光測距，即實現了高速率激光通信和高精度激光測距的一體化。

本發明技術解決方案如下：

一種高速率激光通信和高精度測距一體化的方法，包括多個測距通信站，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟一：將待實施高速率激光通信和高精度測距一體化的方法兩個測距通信站，以下簡稱為A、B兩站的發射端和接收端進行對準，在A、B兩站將具有唯一性、良好的自相關和互相關特性的測距碼及其時鐘信號緩存到本地，分別作為本地測距碼和本地時鐘信號，然后將該測距碼嵌入到通信數據中，經編碼后組成通信測距幀，測距碼作為通信測距幀的幀頭，通信測距幀包括幀頭、通信數據、幀尾；

步驟二：A、B兩站采用雙向單程的通信方式，A站的通信測距幀作為激光光源的載波經光相位調制器調制，同理，B站與A站的工作相同，兩站約定在t₀時刻相互發射，由于兩地時鐘的差異，A站的發射時間為t_A0，B站的發射時刻為t_B0；

步驟三：A站接收到B站發射的信號，B站接收到A站發射的信號，將A、B兩站接收后的信號進行解調、時鐘恢復，抽樣判決、解碼得到測距碼和通信數據。