[发明专利]一种零差相干探测单元中高精度鉴频鉴相方法及系统

说明书

本发明涉及空间激光通信的技术领域，其中，一种零差相干探测单元中高精度鉴频鉴相方法，包括，S1：将信号光与本振光相干混频，输出鉴频信号，进行光电转换及信号整形，下变频采集获取初始频差信息，执行S2；S2：判断频率差是否位于鉴相带宽内，若否，执行S3，若是，执行S4；S3：将鉴别出来的初始频差信息作为调节量，拉小频率，执行S2；S4：输出反馈信号，停止鉴频，执行S5；S5：将信号光与本振光相干混频，对鉴相信号进行光电转换及信号整形，获得两路相位相位差90°的电信号，执行S6；S6：将一路电信号经过延迟与另一路电信号做异或运算，获得信号光与本振光相对方向及二倍频差，对二倍频差进行下变频，对频率进行积分运算，获取相位差信息。

技术领域

本发明涉及空间激光通信的技术领域，具体涉及一种零差相干探测单元中高精度鉴频鉴相方法及系统。

背景技术

空间激光通信技术正向着远距离、高速率的应用需求发展，通信链路已经逐渐拓展到星-星、空-地、星-地等多元链路，速率也从最初的每秒几千比特量级提升到每秒十几吉比特量级，传统的探测方式远远不能满足需求，零差相干探测技术以其探测灵敏度高、容量大、兼容调制格式多、通信距离长的优势逐渐成为研究热点，也成为远距离、高速率激光通信的首选方案。对于零差相干探测单元而言，需要满足如下需求：(1)获取执行量：为实现零差相干探测，需要获得信号光和本振光的频差、相位差信息作为闭环反馈量，控制执行器完成频移，最终实现频差为“零”，相位差最小；(2)高精度鉴频鉴相：零差相干探测单元中光学锁相环路(OPLL)依托于鉴频鉴相器工作，与射频锁相环路不同的是，OPLL中鉴频鉴相器在组成上包括90°光混频器、平衡探测器和乘法器，在功能上不仅需要对高速调制信号有响应，而且还要在宽范围“中频”谱段完成高精度鉴相，其鉴相精度直接影响锁相环路的锁相性能和系统的探测性能，因此要求系统要具有高精度鉴频鉴相的能力；(3)判别两光源“频差”的相对方向：为避免鉴相器在锁相过程中控制丢失，要求系统除具有高精度鉴频、鉴相的能力外，同时还要具有判别信号光频率和本振光频率相对位置的能力，即在完成自动捕获、跟踪和锁定的过程中，需要给本振光的执行量提供方向信息。

现有技术中的Costas环三种鉴相法，分别为反正切鉴相法、正弦鉴相法和消除符号模糊鉴相法，其中反正切法尽管有较快的频率跟踪速度，跟踪精度却不够，正弦法跟踪精度略高于另两种方法，高信噪比下消除符号模糊法跟踪速度和精度较好，但是它们的鉴相增益都较小，且应用在光锁相环中时，不能判别相对方向。

发明内容

本发明为了解决现有技术鉴相增益小、鉴频鉴相精度差、不能判别相对方向的问题，提出了一种零差相干探测单元中高精度鉴频鉴相方法及系统。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种零差相干探测单元中高精度鉴频鉴相方法，包括以下步骤，

S1：将信号光与本振光相干混频，输出鉴频信号，对鉴频信号进行光电转换及信号整形，对处理后的鉴频信号进行下变频采集获取初始频差信息，执行S2；

S2：判断频率差是否位于鉴相带宽内，若否，执行S3，若是，执行S4；

S3：将鉴别出来的初始频差信息作为调节量，拉小频率，直至频率差进入到鉴相带宽内，执行S2；

S4：输出反馈信号，停止鉴频，执行S5；

S5：将信号光与本振光相干混频，输出两路鉴相信号，对鉴相信号进行光电转换及信号整形，获得两路相位相位差90°的电信号，执行S6；

S6：将一路电信号经过延迟与另一路电信号做异或运算，获得信号光与本振光相对方向及二倍频差，对二倍频差进行下变频，获取频差信息，对频率进行积分运算，获取相位差信息。

优选的，所述S1和/或S5中进行光电转换及信号整形由依次连接的平衡探测器、放大器及限幅放大器完成，信号光与本振光相干混频后的信号输出至平衡探测器。