[發明專利]一種零差相干探測單元中高精度鑒頻鑒相方法及系統

有效

• 申請號: 202010038347.0
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111147072B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉洋;佟首峰;常帥;宋延嵩;董巖;南航;張鵬;于笑楠;安喆
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H03L7/087
• 分類號: H03L7/087
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 李雙

本發明涉及空間激光通信的技術領域，其中，一種零差相干探測單元中高精度鑒頻鑒相方法，包括，S1：將信號光與本振光相干混頻，輸出鑒頻信號，進行光電轉換及信號整形，下變頻采集獲取初始頻差信息，執行S2；S2：判斷頻率差是否位于鑒相帶寬內，若否，執行S3，若是，執行S4；S3：將鑒別出來的初始頻差信息作為調節量，拉小頻率，執行S2；S4：輸出反饋信號，停止鑒頻，執行S5；S5：將信號光與本振光相干混頻，對鑒相信號進行光電轉換及信號整形，獲得兩路相位相位差90°的電信號，執行S6；S6：將一路電信號經過延遲與另一路電信號做異或運算，獲得信號光與本振光相對方向及二倍頻差，對二倍頻差進行下變頻，對頻率進行積分運算，獲取相位差信息。

技術領域

本發明涉及空間激光通信的技術領域，具體涉及一種零差相干探測單元中高精度鑒頻鑒相方法及系統。

背景技術

空間激光通信技術正向著遠距離、高速率的應用需求發展，通信鏈路已經逐漸拓展到星-星、空-地、星-地等多元鏈路，速率也從最初的每秒幾千比特量級提升到每秒十幾吉比特量級，傳統的探測方式遠遠不能滿足需求，零差相干探測技術以其探測靈敏度高、容量大、兼容調制格式多、通信距離長的優勢逐漸成為研究熱點，也成為遠距離、高速率激光通信的首選方案。對于零差相干探測單元而言，需要滿足如下需求：(1)獲取執行量：為實現零差相干探測，需要獲得信號光和本振光的頻差、相位差信息作為閉環反饋量，控制執行器完成頻移，最終實現頻差為“零”，相位差最小；(2)高精度鑒頻鑒相：零差相干探測單元中光學鎖相環路(OPLL)依托于鑒頻鑒相器工作，與射頻鎖相環路不同的是，OPLL中鑒頻鑒相器在組成上包括90°光混頻器、平衡探測器和乘法器，在功能上不僅需要對高速調制信號有響應，而且還要在寬范圍“中頻”譜段完成高精度鑒相，其鑒相精度直接影響鎖相環路的鎖相性能和系統的探測性能，因此要求系統要具有高精度鑒頻鑒相的能力；(3)判別兩光源“頻差”的相對方向：為避免鑒相器在鎖相過程中控制丟失，要求系統除具有高精度鑒頻、鑒相的能力外，同時還要具有判別信號光頻率和本振光頻率相對位置的能力，即在完成自動捕獲、跟蹤和鎖定的過程中，需要給本振光的執行量提供方向信息。

現有技術中的Costas環三種鑒相法，分別為反正切鑒相法、正弦鑒相法和消除符號模糊鑒相法，其中反正切法盡管有較快的頻率跟蹤速度，跟蹤精度卻不夠，正弦法跟蹤精度略高于另兩種方法，高信噪比下消除符號模糊法跟蹤速度和精度較好，但是它們的鑒相增益都較小，且應用在光鎖相環中時，不能判別相對方向。

發明內容

本發明為了解決現有技術鑒相增益小、鑒頻鑒相精度差、不能判別相對方向的問題，提出了一種零差相干探測單元中高精度鑒頻鑒相方法及系統。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種零差相干探測單元中高精度鑒頻鑒相方法，包括以下步驟，

S1：將信號光與本振光相干混頻，輸出鑒頻信號，對鑒頻信號進行光電轉換及信號整形，對處理后的鑒頻信號進行下變頻采集獲取初始頻差信息，執行S2；

S2：判斷頻率差是否位于鑒相帶寬內，若否，執行S3，若是，執行S4；

S3：將鑒別出來的初始頻差信息作為調節量，拉小頻率，直至頻率差進入到鑒相帶寬內，執行S2；

S4：輸出反饋信號，停止鑒頻，執行S5；

S5：將信號光與本振光相干混頻，輸出兩路鑒相信號，對鑒相信號進行光電轉換及信號整形，獲得兩路相位相位差90°的電信號，執行S6；

S6：將一路電信號經過延遲與另一路電信號做異或運算，獲得信號光與本振光相對方向及二倍頻差，對二倍頻差進行下變頻，獲取頻差信息，對頻率進行積分運算，獲取相位差信息。

優選的，所述S1和/或S5中進行光電轉換及信號整形由依次連接的平衡探測器、放大器及限幅放大器完成，信號光與本振光相干混頻后的信號輸出至平衡探測器。