[發(fā)明專利]一種超寬帶激光通信測距一體化裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910206176.5
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109932724B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 朱宏權(quán);邢強林;雷呈強;李希宇;林玉潔;韓航程;馬永鋒;劉家豪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所;北京理工大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的一種超寬帶激光通信測距一體化裝置及方法，屬于激光通信和激光測距技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括：上位機顯示與控制模塊、超寬帶信號產(chǎn)生模塊、上行激光發(fā)射組件、上行激光接收組件、上行信號采集與時鐘恢復模塊、信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊、下行激光發(fā)射組件、下行激光接收組件、下行信號采集與捕獲跟蹤模塊、測距信息處理模塊和通信解調(diào)模塊。本發(fā)明基于脈沖位置調(diào)制方式，利用脈沖的相對位置傳遞通信數(shù)據(jù)，無需正弦載波，直接發(fā)射納秒級的超窄脈沖，頻譜利用率高，極窄的脈沖寬度可獲得高時間分辨率，顯著提高激光測距精度。本發(fā)明還能夠有效降低平均發(fā)射功率，適應超遠距離的深空探測激光通信測距一體化應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超寬帶激光通信測距一體化裝置及方法，屬于激光通信和激光測距技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光通信測距一體化系統(tǒng)是指利用激光作為信息載體，將空間激光通信技術(shù)與激光測距技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)地面站與飛行器(如衛(wèi)星、深空探測器等)之間互相通信、并準確測量飛行器軌跡的一體化系統(tǒng)，在未來衛(wèi)星通信、深空探測領(lǐng)域具有巨大的潛在效益和廣闊的應用前景。

現(xiàn)有窄帶激光通信測距一體化系統(tǒng)基于開關(guān)鍵控調(diào)制方式，通過每個比特時間內(nèi)光信號的有無表示信息，數(shù)據(jù)傳輸速率低，所需平均發(fā)射功率高，測距精度有限。

隨著飛行器在通信容量、定位精度等方面的要求不斷提高，通信容量需求從百兆發(fā)展到幾十Gbps、甚至上百Gbps，激光測距精度從最初的米級提高到分米級、厘米級，正向毫米級發(fā)展，現(xiàn)有窄帶激光通信測距一體化技術(shù)逐漸不能適應大容量通信、毫米級高測距精度、深空探測等任務要求。因此，需要設計一種既能夠滿足地面站與飛行器之間海量數(shù)據(jù)傳輸要求，又能實現(xiàn)高精度實時測距的超寬帶激光通信測距一體化裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有激光通信測距一體化技術(shù)無法滿足大容量通信、高精度測距的問題，提供一種超寬帶激光通信測距一體化裝置及方法，無需正弦載波，直接發(fā)射納秒級的超窄脈沖，該方法能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率，提高實時測距精度，降低平均發(fā)射功率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種超寬帶激光通信測距一體化裝置，包括：上位機顯示與控制模塊、超寬帶信號產(chǎn)生模塊、上行激光發(fā)射組件、上行激光接收組件、上行信號采集與時鐘恢復模塊、信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊、下行激光發(fā)射組件、下行激光接收組件、下行信號采集與捕獲跟蹤模塊、測距信息處理模塊和通信解調(diào)模塊。上位機顯示與控制模塊分別連接超寬帶信號產(chǎn)生模塊、測距信息處理模塊和通信解調(diào)模塊，超寬帶信號產(chǎn)生模塊分別連接上行激光發(fā)射組件和測距信息處理模塊，上行激光接收組件連接上行信號采集與時鐘恢復模塊，上行信號采集與時鐘恢復模塊連接信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊，信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊連接下行激光發(fā)射組件，下行激光接收組件連接下行信號采集與捕獲跟蹤模塊，下行信號采集與捕獲跟蹤模塊分別連接測距信息處理模塊和通信解調(diào)模塊。

其中，所述上位機顯示與控制模塊、超寬帶信號產(chǎn)生模塊、上行激光發(fā)射組件、下行激光接收組件、下行信號采集與捕獲跟蹤模塊、測距信息處理模塊和通信解調(diào)模塊構(gòu)成主測端。

其中，所述上行激光接收組件、上行信號采集與時鐘恢復模塊、信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊和下行激光發(fā)射組件構(gòu)成被測端。

所述上位機顯示與控制模塊用于控制系統(tǒng)狀態(tài)和顯示結(jié)果，并對通信解調(diào)數(shù)據(jù)及測距結(jié)果進行實時更新顯示、保存；

所述超寬帶信號產(chǎn)生模塊用于接收上位機數(shù)據(jù)和指令，對通信數(shù)據(jù)進行信道編碼，并將信道編碼后的通信數(shù)據(jù)與測距幀頭組合成幀，基于脈沖位置調(diào)制方式，將信息比特映射到不同的時隙上，得到上行電信號A，同時記錄測距的起始時刻。

所述上行激光發(fā)射組件用于將上行電信號A轉(zhuǎn)換為上行光信號，并通過光學天線發(fā)射出去。

所述上行激光接收組件用于將接收到的上行光信號轉(zhuǎn)換為上行電信號B，便于后端進行電信號處理。