[发明专利]基于激光通信系统高速光信号实时采样装置及方法

说明书

本发明提供一种基于激光通信系统高速光信号实时采样装置及方法。本发明的方法包括如下步骤：信号光经过汇聚透镜汇聚后进入光敏探测器PIN管；进入PIN管的信号光经过光电转化转化为电流信号；电流信号进一步传输至对数转换器中转变为电压信号；电压信号再经过低通滤波器滤除高频杂散及噪声信号后传输至信号放大器OPA；OPA将信号电压进一步放大后输入至高速处理器FPGA，将模拟电压信号采样转化为数字信号；FPGA处理器经内部数据解调算法，计算得出高速光信号光功率大小。本发明可以应用于激光通信系统中高速光信号的实时测量，通信误码率与光功率实时分析，也可用于测量通信终端双方之间距离，为空间测距提供一种辅助手段。

技术领域

本发明涉及一种基于激光通信系统高速光信号实时采样装置及方法，属于激光通信技术领域。

背景技术

在空间激光通信系统中，无论是相干光通信，还是非相干光通信，对于光功率的检测判断都至关重要，信号光功率的强弱是通信双方APT的前提，也是能否稳定通信的前提，在实际通信中也可用于判断光路是否存在变化。同时在通信过程中，经过信号调制的光信号功率也是时刻存在变化的，通信过程中的误码率也是“瞬息万变”，而由于人眼的“跟踪刷新速度”远远低于系统通信频率，因此需要一种装置及方法用以对高速光信号的进行采样测量，能够实时跟踪信号光的“强弱”，对通信全过程做到有效跟踪。

早期的激光通信系统中，通信速率较低，且信号光波长大多采用800nm左右，出于光机结构空间或成本考虑，不设置专门的光功率测量通道，光功率测量以通信信号探测器的低速采样数据代替，不能反映实际光功率的变化情况。

随着激光通信系统的越发成熟，通信速率的逐步提高，低成本、简易可靠的信号光的实时跟踪就显得很有必要及重要。通过信号光的实时变化可以分析通信双方终端是否存在异变状况，外界是否存在干扰因数，信号光是否存在抖动或闪烁等等，数据存储下来也可以用于后续实验对比分析。

无论是在地面站通信系统中，还是空间激光通信系统中，光信号高速实时检测应用会越来越广。

发明内容

空间激光通信系统中，通信速率越来越高，一般的光功率检测不能有效实时跟踪检测高速信号光大小。针对上述存在的问题，本发明提供一种基于激光通信系统高速光信号实时采样装置及方法，大大提高了光功率检测精度，为系统判断、误码分析、光路调整提供了依据，提高了通信系统的可靠性，为实验分析提供了有力手段。本发明克服了一般激光通信系统中高速光信号采样速率过低，光信号测量不能实时反馈的偏差问题，简易可靠并且成本低廉。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于激光通信系统高速光信号实时采样装置，包括汇聚透镜、光敏探测器PIN管、对数转换器LGC、低通滤波器LPF、信号放大器OPA、高速处理器FPGA、辅助显示界面DISPLAY；

所述汇聚透镜用于将空间准平行的激光信号进行汇聚，汇聚后的信号光入射到光敏探测器PIN管光敏面上；

所述光敏探测器PIN管用于将光信号转化为电流信号，并进一步将电流信号传输至对数转换器LGC；

所述对数转换器LGC用于将电流信号转化为电压信号，经过低通滤波器LPF滤波后输入至信号放大器OPA以便进行小信号放大；

所述高速处理器FPGA接收信号放大器OPA放大的模拟信号，进行高速采样及数据解调，实时计算出入射到光敏探测器PIN管的光信号功率大小；

所述的基于激光通信系统高速光信号实时采样装置，所述光敏探测器PIN管采用InGaAs光电二极管，波长范围0.8-1.7um，峰值波长1.55um，典型响应率0.95A/W，带宽140MHz，结电容10pF。

所述的基于激光通信系统高速光信号实时采样装置，所述对数转化器LGC，响应电流范围1nA-1mA，线性度10mV/dB；输出电压范围0.2V-1.5V，斜率和起始电流点可调整；