[发明专利]阵列光束对准装置及对2×2发射光源对准的判定方法

说明书

本发明公开了一种阵列光束对准装置，包括2×2阵列光束、透镜、四象限探测器、放大电路、滤波装置、信号处理单元、计算机、二维电机及联轴器，应有上述装置的2×2发射光源对准的判定方法，具体包括以下步骤：将2×2发射光源通过透镜聚焦到四象限探测器的光敏面上，四象限探测器将接收到的光信号转换为四路电信号；将所得的四路电信号经一系列处理之后传输给信号处理单元，将放大后的四路电信号在信号处理单元进行对比分析，根据四路电信号的能量大小来判断光束是否对准；根据判断结果控制二维电机动作，二维电机驱动四象限探测器动作，从而调整阵列光束的位置，实现2×2发射光源对准。解决了阵列光束的对准问题。

技术领域

本发明属于无线激光通信技术领域，具体涉及一种基阵列光束对准装置，本发明还涉及应用该阵列光束对准装置进行对2×2发射光源对准的判定方法。

背景技术

无线激光通信(Free-Space Optical communication,FSO)信道是动态复杂多变的，激光在大气中传输时，受到大气湍流的影响产生光束抖动、漂移、闪烁等大气湍流效应。假设探测装置不能实时探测到光斑的位置变化驱动接收装置的位置调整，则通信链路有可能会中断，从而影响通信系统的性能。因此，需要一套光束实时自动对准系统来对发射光束进行调整，使得通信链路的发射端与接收端严格对准。在FSO系统中对光束进行实时自动对准的系统称之为捕获、对准与跟踪(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)系统。其中，光束对准是APT系统用于建立和确保通信链路可靠连接的关键。

当光束在大气中传输时，不可避免地会受到大气湍流的影响，使光束的强度中心随机偏离光斑中心。同理，当发射端由四束均匀分布的阵列光束组成同时传递信息时，阵列光束也会受到大气湍流的影响，光斑发生漂移，则接收端可用四象限探测器作为探测传感器进行光斑中心位置检测。四象限探测器可以直接检测两种误差信号：光束漂移位置检测误差和入射光束与天线夹角的检测误差。单束光束的捕获、对准与跟踪已经有大量的研究成果，而随着对无线激光通信系统信道容量的更高要求，多输入多输出(MultipleInputMultiple Output,MIMO)系统得到更广泛的应用，对于阵列光束的捕获、对准与跟踪更是一个值得探讨的问题。所以需要寻求新的判定方法来检测阵列光束状态量，对光束偏移量进行检测，达到阵列光束对准的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阵列光束对准装置，能够为MIMO无线光通信系统的APT技术提供一种实验依据。

本发明的目的另一个目的是提供一种基于四象限探测器的2×2发射光源对准的判定方法，能够解决阵列光束经传输后出现的漂移特性引起的无法对准的问题。

本发明所采用的技术方案是，阵列光束对准装置，包括2×2阵列光束、透镜、四象限探测器及联轴器，2×2阵列光束经过透镜之后聚焦到四象限探测器的光敏面上，四象限探测器的输出端依次连接有放大电路、滤波装置、信号处理单元及二维电机，四象限探测器通过联轴器的支撑放在二维电机上，信号处理单元还连接有由计算机。

本发明所采用的另一个技术方案是，对2×2发射光源对准的判定方法，应用上述的阵列光束对准装置，具体包括以下步骤：

步骤1，2×2阵列光束在大气中传输后，经透镜聚焦到四象限探测器的光敏面上，四象限探测器将接收到的光信号转换为四路电信号；

步骤2，将步骤1所得的四路电信号经过放大电路放大，并进行A\D转换及滤波处理，最后传输给信号处理单元；

步骤3，通过信号处理单元采集步骤2中处理后的四路电信号的能量分别为：S₁、S₂、S₃、S₄，其中，S_i为第i象限的电信号能量，i＝1,2,3,4；

步骤4，对采集的四路电信号进行两两对比，根据判断结果驱动二维电机动作，二维电机带动四象限探测器动作，从而调整阵列光束的位置，实现光斑的对准。