[發明專利]一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統及方法

有效

• 申請號: 202011573010.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112769479B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 李響;劉赫;白東偉;江倫;高亮;安巖
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/40
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

本發明屬于激光通信技術領域，具體涉及一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統及方法，通過加入精跟蹤組件、自適應光學組件、章動組件，降低了大氣湍流和振動等外界環境因素對通信質量造成的影響，提高了空間光至單模光纖的耦合效率，降低了誤碼率，實現了抗湍流與振動的功能；整體光路分為上下兩層，使用鋁合金進行了殼體和安裝基板的一體化設計，使主支撐零件降為兩個，降低了系統復雜度；將系統中焦距最長的哈特曼波前探測鏡頭進行了彎折設計，并針對其使用要求選用了扁平式三維調整平臺，大大降低了系統的體積重量。

技術領域

本發明屬于激光通信技術領域，具體涉及一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統及方法。

背景技術

近年來激光通信領域已經有了飛速的發展，激光通信有著容量大、速率快、安全性高的優點，已經在星地、星間通信中廣泛地應用，但由于大氣激光通信過程中存在大氣湍流、大氣折射率的隨機起伏等現象，接收端的光信號會產生閃爍、漂移、光束擴散、像點抖動等現象，導致通信的誤碼率和信噪比較高；另一方面由于通信端機的搭載平臺存在微弱振動，空間光到單模光纖的耦合效率較低，這些問題制約著大氣激光通信技術的廣泛應用。

目前基于快速反射鏡結合光纖光電探測器的章動耦合算法，能夠減小大氣衰減、大氣斷流、隨機抖動等因素對光纖耦合效率的影響，實現了在最優參數下對250μrad、5Hz與1mrad、1Hz的正弦擾動的抑制；基于激光章動的空間光到單模光纖的自動耦合方案，減小隨機角抖動對耦合效率的影響，耦合效率在沒有擾動時達到了65％，引入擾動并進行補償后效率提高了6.5％。兩者的實驗條件都為室內，大氣湍流較為不明顯，無法驗證在劇烈的大氣湍流中能否保證穩定通信。

現有技術中在激光通信系統中引入了自適應光學系統，以此來減小大氣湍流的影響，并進行了室內室外實驗，在室內模擬大氣湍流的條件下，自適應光學系統將空間光到多模光纖的耦合效率從60％提高到80％；在室外進行9KM通信實驗中，開啟自適應校正后誤碼率由106降低至101⁰。但該實驗無法解決因為隨機抖動而產生的耦合效率下降的問題。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統及方法，通過加入精跟蹤組件、自適應光學組件、章動組件，降低了大氣湍流和振動等外界環境因素對通信質量造成的影響，提高了空間光至單模光纖的耦合效率，降低了誤碼率，實現了抗湍流與振動的功能；整體光路分為上下兩層，使用鋁合金進行了殼體和安裝基板的一體化設計，使主支撐零件降為兩個，降低了系統復雜度；將系統中焦距最長的哈特曼波前探測鏡頭進行了彎折設計，并針對其使用要求選用了扁平式三維調整平臺，大大降低了系統的體積重量。

一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統，由光學天線組件1、信標發射組件2、捕獲組件3、精跟蹤組件4、自適應光學組件5、章動跟蹤組件6、通信發射組件7、通信接收組件8、二級縮束組件9、反射鏡與分光鏡組件10和安裝板組件構成；其中安裝板組件包括頂層安裝板112和安裝基板111，其中頂層安裝板112固定在安裝基板111上，頂層安裝板112的側壁上設有開口；

光學天線組件1包括光學天線11和天線安裝板12，其中天線安裝板12安裝在頂層安裝板112內部的安裝基板111上，光學天線11固定在天線安裝板12上；

信標發射組件2包括信標光光源21和信標光鏡頭22；其中信標光光源21安裝在信標光鏡頭22上，位于信標光鏡頭22的后方，且信標光光源21和信標光鏡頭22同時均固定在頂層安裝板112內部的安裝基板111上；

捕獲組件3包括槍瞄鏡31和觀靶鏡頭32，其中槍瞄鏡31和觀靶鏡頭32均安裝在天線安裝板12上，且槍瞄鏡31和觀靶鏡頭32均位于頂層安裝板112側壁的開口處,以方便安裝；