[发明专利]无线激光通信传输方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及无线激光通信传输方法及系统。

背景技术

由于激光的波长极短(几十微米～几十纳米)，频率极高，加之激光本身的相干性、单色性和方向性好等特点，因此无线激光通信与其他通信方式相比有很大的优势：

(1)通信容量大。由于激光波长很短，通常使用的半导体激光器的工作波长为0.8～0.9μm、1.3μm和1.5μm，因此其可利用的带宽是无线电射频波段的105倍。目前光纤通信的调制带宽可达到100Gbit/s，而无线激光通信也已经达到40Gbit/s。(2)系统尺寸、质量和功耗明显降低。由于激光波长很短，系统所用的器件尺寸明显减小，质量和功耗也随之降低。一个15.24cm的光学发射天线的有效增益为122dB，而一个64m的射频天线的有效增益仅为60dB左右。(3)各通信链路间的电磁干扰小。由于无线激光通信系统使用激光作为光源，其发散角很小，能量集中在很窄的光束中。窄光束意味着和邻近的通信链路干扰将会减小。(4)保密性强。由于通信光束发散角很小，因此对方很难对通信信息进行侦听和干扰，这一点对军事应用尤其重要。

利用无线激光通信传输系统，可以实现在强电磁干扰环境下，各通信单元分享视频信息、发布命令，充分保证了通信系统的畅通。但是，由于无线激光通信为了实现远距离高速率通信，必须保证发射激光束有较小的束散角，有时束散角甚至要达到微弧度量级，这就对通信双方光学天线对准带来了困难。传统激光通信机都有捕获瞄准跟踪(APT，Acquisition，Pointing and Tracking)子系统，用来建立双方通信链路并且能保持连续通信。这其中捕获环节是通过电机驱动光学天线转动实现的，由于光学天线本身较重，转动惯量较大，就难以实现更快速度、更高频率的转动。而这一点对于移动目标之间的通信影响很大，而且如果移动目标本身颠簸幅度较大，频率较高，光学天线就很难实现连续对准，通信双方的通信链路就不能实现连续通信。而同时用于瞄准和跟踪的精跟踪系统虽然可以实现快速跟踪，但由于视场较小，变动范围也小，对于大的机体振动难以修正。这样，对于移动目标之间通信，特别是处于较恶劣路况中的移动目标间通信，就很有必要研究新型激光通信系统，该系统可以实现高频率、大幅度振动情况下的连续激光通信。

参见图1，为现有技术中无线激光通信传输系统的结构示意图，该系统包括APT子系统、天文望远镜、光电探测器和信息处理器，图中填充为黑色的部分为天文望远镜，天文望远镜通过光学天线实现，APT子系统为机械转台结构，用于对天文望远镜的视角进行调整；光学天线接收对方的激光信号后，传送给光电探测器；光电探测器将接收的光信号转换为电信号，发送给信息处理单元；信息处理单元根据电信号计算出对方的方位，并对电信号进行处理，还原成对方发射的原始信号。对于发射方向，该系统还包括编码器、激光器和调制器；在获知对方方位后，APT子系统控制天文望远镜的视角进行调整，以对准对方方位；编码器对待发送的信息信号进行编码，得到编码信号，将编码信号传送给调制器；激光器生成激光信号，传送给调制器；调制器将接收的编号信号调制到接收的激光信号上，得到调制激光信号，通过光学天线发射出去。

由于现有系统光学天线的视场较小，一般为几毫弧(mrad)，所以须利用APT子系统实现双方光学天线的对准。APT子系统主要是为了建立双方光学天线发射和接收之间的对准，以便于能够更强地传递信号激光能量，并且在建立通信后能根据机体振动、大气漂移等影响不断调整光束传输方向，以保证发射和接收之间传输的信号激光能量最强。但采用APT子系统与天文望远镜组合进行无线激光传输的方案存在下述缺陷：根据对方方位的变化，需要通过APT子系统对天文望远镜进行实时调整，且APT子系统为有较大转动惯量的机械转台，不能灵活、快速操作，导致不能灵活、快速地捕获无线激光，不能快速建立无线激光通信。

发明内容

本发明提供了一种无线激光通信传输方法，该方法能够灵活、快速地捕获无线激光，以快速建立无线激光通信。

本发明提供了一种无线激光通信传输系统，该系统能够灵活、快速地捕获无线激光，以快速建立无线激光通信。

一种无线激光通信传输方法，该方法包括：

半球传感头通过光学窗口，将接收的激光信号聚焦到光纤阵列中的接收光纤上；所述半球传感头上设置有多个光学窗口，每个光学窗口对应一根接收光纤，所述光纤阵列包括多根接收光纤，每根接收光纤为一个光纤通道，每个光纤通道有一个编号进行标识；

接收光纤接收通过光学窗口聚焦的激光信号，传送给与每根接收光纤连接的光电探测器；