[发明专利]一种无需精确对准的空间光通信系统

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及基于单光子探测器自由空间点对点光通信方技术，尤其是一种无需精确对准的空间光通信系统，用以实现单光子水平的远距离光通信。

背景技术

自由空间光通信又称为无线光通信，是以光波作为信息载体在大气和真空中传递信息的通信技术，又可以分为大气光通信、卫星间光通信和星地光通信。目前，自由空间光通信需要高精度的点对点对准，降低了远距离光通信的稳定性和可靠性，增加了通信系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种无需精确对准的空间光通信系统，该系统采用大发散角的激光光源，不使用光学接收镜头，而是令激光光斑直接覆盖探测器靶面，从而极大地降低了对准精度要求。本发明采用多通道单光子探测器探测光信号，使接收灵敏度达到单光子水平，克服了大发散角激光光源和无光学接收镜头带来的光损耗。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种无需精确对准的空间光通信系统，特点是该通信系统包括光信号发射单元、光信号接收单元及将信号光束对准光信号接收单元的瞄准单元，所述瞄准单元包括目标位置标记部分及发射角度调整部分，光信号发射单元固定于瞄准单元发射角度调整部分，光信号接收单元靠近瞄准单元的目标位置标记部分；其中：

所述光信号发射单元包括编码模块、激光器调制驱动模块、激光器和光束准直扩束器，所需传输信息输入编码模块，编码模块的输出端连接激光器调制驱动模块，激光器调制驱动模块连接激光器，激光器的输出连接光束准直扩束器，准直扩束器的激光输出发射到空间中；

所述光信号接收单元包括滤光片、多通道单光子探测器、符合计数和解码模块、计算机，滤光片紧贴于多通道单光子探测器的靶面前方，多通道单光子探测器的多路输出连接符合计数和解码模块，多通道单光子探测器的靶面面向激光出射方向；

所述瞄准单元包括发射角度调整部分及目标位置标记部分，发射角度调整部分包括CCD镜头、CCD或CMOS相机、电控转动台及反馈控制模块，所述CCD镜头固定在CCD或CMOS相机感光面前端，CCD或CMOS相机的输出连接反馈控制模块，反馈控制模块的输出连接电控转动台，CCD镜头、CCD或CMOS相机固定在电控转动台上；目标位置标记部分包括位置标记光源和位置标记光源驱动模块，位置标记光源靠近光信号接收单元，并连接位置标记光源驱动模块，产生标记光信号；CCD或CMOS相机捕捉位置标记光源位置即光信号接收单元位置，并通过反馈控制模块控制电控转动台的左右俯仰角度，以将光信号发射单元的输出光斑覆盖到光信号接收单元。

本发明的优点是：

1）采用大发散角发射光束，无镜头的多通道单光子探测器，极大地降低了点对点光束对准精度，与当前的点对点激光通信系统比较，对准精度可降低1个数量级以上。

2）采用多通道单光子探测器，实现了单光子水平的超高灵敏度探测，弥补了因采用大发散角发射光束和接收端不配备镜头带来的光损耗，确保远距离通信能力；多通道单光子探测器结合多路单光子符合计数，有效抑制了背景干扰，降低通信误码率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明多通道单光子探测器探测靶面空间分布图；

图3为编码、解码过程的波形示意图。

具体实施方式

实施例

参阅图1，本发明包括光信号发射单元A、光信号接收单元B及将信号光束对准光信号接收单元的瞄准单元C；所述光信号发射单元A包括编码模块1、激光器调制驱动模块2、850nm激光器3和光束准直扩束器4；其中编码模块1由高速FPGA板卡构成，将所需传送的数据信息编码成数字脉冲序列，时钟频率为2 MHz；数字脉冲序列触发激光器调制驱动模块2，驱动850nm激光器3产生光脉冲序列，850nm激光器3为光纤耦合的VCSEL激光器，出射光脉冲经过光纤直接进入光纤耦合的光束准直扩束器4，得到发散角为0.015°的发射光束，单个脉冲激光的功率为6*10^-12J，每个脉冲所含的光子数为2.5*10⁷个。整个光信号发射单元A的所有器件全部固定在瞄准单元C的电控转动台12上。