[發(fā)明專利]測距通信一體的空間激光外差相干解調(diào)處理模塊和方法

有效

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• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112600625B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張軍;鄭立榮;周小林;吳淑嫻
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04B10/64
• 分類號: H04B10/64;H04B10/50;G01S17/14;G01S7/4861;G01S7/4865
• 代理公司: 上海盈盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發(fā)明提供一種測距通信一體的空間激光外差相干混合域聯(lián)合接收解調(diào)處理模塊及方法，采用所述模塊的裝置。提供的接收解調(diào)處理模塊包括：自適應(yīng)均衡子模塊，所述自適應(yīng)均衡子模塊包括線性均衡器與判決反饋均衡器；時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)單元，與所述自適應(yīng)均衡子模塊輸出端相連，用于從輸入的串行數(shù)據(jù)流中提取出恢復(fù)時(shí)鐘信號并且恢復(fù)出數(shù)據(jù)；串并轉(zhuǎn)換與幀同步譯碼器，與所述時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)單元相連；用于完成數(shù)據(jù)流的串并轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行幀同步譯碼，最后輸出所需解調(diào)數(shù)據(jù)；本地時(shí)鐘單元，接收相干載波恢復(fù)模塊輸入的參考時(shí)鐘，同步產(chǎn)生所述接收解調(diào)所需本地時(shí)鐘信號，并輸出至?xí)r鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)單元和測距單元；測距單元，與所述時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)單元及本地時(shí)鐘單元相連。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于衛(wèi)星空間通信中的激光通信、激光測距設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于基于測距通信一體的空間激光外差相干接收混合域聯(lián)合解調(diào)處理模塊和方法。

背景技術(shù)：

相比于傳統(tǒng)的微波通信，衛(wèi)星空間激光通信除了具有低功耗、輕重量、小體積、數(shù)據(jù)傳輸速率高以及信息容量大的優(yōu)點(diǎn)外，還具有保密性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)和無需申請頻率使用許可等優(yōu)勢。目前美國、日本、德國和歐空局等發(fā)達(dá)國家或機(jī)構(gòu)均投入了大量人力、物力開展空間激光通信的理論和試驗(yàn)，期望借助激光通信來構(gòu)建天基高速信息網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)研究重點(diǎn)集中于IM/DD直接探測和相干體制。在1977年夏天，歐空局ESA布置了第一個(gè)星間光鏈路技術(shù)研究計(jì)劃，用來評估用于高速空間激光數(shù)據(jù)鏈路的調(diào)制器。1995年，日本CRL實(shí)驗(yàn)室與美國JPL實(shí)驗(yàn)室合作，實(shí)現(xiàn)世界上首次星地光通信。1997年，德國的空間固體激光通信計(jì)劃SOLACOS率先完成2臺(tái)基于零差相干、外差相關(guān)的激光通信原型載荷。2001年，歐空局SELIX系統(tǒng)的ARTEMIS衛(wèi)星與SPOT衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)低軌LEO衛(wèi)星對高軌GEO衛(wèi)星的激光脈沖調(diào)制/直接探測非相干通信技術(shù)路線的星間激光通信試驗(yàn)。2011年，中國海洋二號衛(wèi)星在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)低軌LEO衛(wèi)星對地強(qiáng)度調(diào)制OOK體制激光通信。激光測距方面，最為代表性的是歐美引力波計(jì)劃LISA，其利用激光干涉儀原理，將三個(gè)衛(wèi)星組成一個(gè)邁克爾遜干涉儀，通過精確測量星間距離來探測和驗(yàn)證引力波，在進(jìn)行高精度激光干涉測距前，LISA將偽碼測距、數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)鐘信息均疊加在激光載波上。其偽碼測距和輸出采用淺調(diào)制方式，將激光能量的1％調(diào)制，利用激光碼相位調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粗精度激光測距和低碼率通信。

目前，激光通信領(lǐng)域存在兩種體制即直探體制與相干體制：直探(IM/DD)是強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測的簡稱，是目前比較成熟的一種通信體制，類似于微波通信中的幅度調(diào)制；相干體制則與當(dāng)前微波通信中應(yīng)用最為廣泛的相干體制類似，具有靈敏度高、頻率選擇性好、頻譜效率高的特點(diǎn)，是當(dāng)前激光通信的重點(diǎn)發(fā)展方向，可以較好適應(yīng)超長距離的衛(wèi)星通信或星地通信。激光測距領(lǐng)域也存在兩種體制，包括傳統(tǒng)的短脈沖激光測距以及高相干激光干涉(單向)、激光干涉、激光偽碼測距、飛秒光梳等。

從現(xiàn)有文章、專利等技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，激光相干通信領(lǐng)域存在著兩種典型的發(fā)展路線，包括：1)光鎖相環(huán)OPLL相干接收技術(shù)，采用典型的模擬零差技術(shù)以驅(qū)動(dòng)光本振時(shí)刻跟蹤入射光相位從而完成數(shù)據(jù)的解調(diào)；2)數(shù)字相干接收技術(shù)，將經(jīng)光本振混頻后的信號通過光電轉(zhuǎn)換并高速ADC采樣，在數(shù)字域內(nèi)完成信號的捕獲與跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解調(diào)。

光鎖相環(huán)OPLL發(fā)展于上世紀(jì)70年代，其核心是實(shí)現(xiàn)本振光和信號光的相位同步。其難點(diǎn)在于激光光源需要有極窄的光譜寬度和較高的光譜穩(wěn)定度，以及利用OPLL反饋控制本振光源實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的載波同步。數(shù)字相干起步于2004年左右，核心是以數(shù)字域處理代替光域補(bǔ)償，其難點(diǎn)在于高速信號處理。

綜上所述，OPLL方案對于激光器的性能要求較高，以當(dāng)前激光器的技術(shù)水平無法保證持續(xù)又高效的數(shù)據(jù)傳輸，而高速芯片帶來的高功耗也大大束縛了數(shù)字相干技術(shù)在空間通信中的使用，因此設(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離(幾千至幾萬公里)條件下的低功耗、高靈敏度的持續(xù)高速(1～10Gbps)激光接收技術(shù)是空間激光測距通信一體化研制面臨的巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于：