[发明专利]一种适用于带载能力有限的无人机平台的激光通信光端机

说明书

本发明公开了一种适用于带载能力有限的无人机平台的激光通信光端机，属于光通信技术领域；其包括激光发射单元、MEMS反射镜扫描单元、跟踪和接收通信单元；MEMS反射镜扫描单元由两轴准静态MEMS反射镜代替机械结构进行光束扫描，由MEMS反射镜和正负透镜组组成的伽利略式望远镜构成；跟踪和接收单元，主要由光电检测单元、伺服跟踪单元、通信解调单元组成，通过以加法电路和减法电路为主的电子学处理手段分别完成通信和跟踪功能；本发明利用MEMS反射镜作为伺服机构，以倒置变焦伽利略望远光学系统为天线，CMOS和QD分别作为粗精跟踪探测器，通过变焦的方式实现快速扫描捕获，设计合理，方式新颖，具备据止环境下应用的前景。

技术领域

本发明涉及到光通信技术领域，具体为一种适用于带载能力有限的无人机平台的激光通信光端机。

背景技术

相较于射频微波通信技术，无线激光通信技术凭借通信速率快和拒止环境下适用性强的特点引起人们广泛关注。目前国内外已发展出地面、星载、机载、舰载、水下及单兵等多种产品，覆盖空、天、地、海等多领域机动及非机动平台。随着技术的发展，无线激光通信正朝着小型化、通用化的方向快速迭代。

无线激光通信端机小型化设计可以借助MEMS(Micro-Electro-Mechanical)器件，例如MEMS执行器，MEMS反射镜等。利用这些器件的体积和重量优势可以在小型化基础上保证伺服机构的稳定捕获、跟踪以及瞄准。其中，MEMS反射镜一般为芯片形式，集成一个毫米级口径的圆形或矩形反射面，机械偏角一般在±5°以内。

星载无线激光通信端机通信距离远，可在MEMS反射镜前加入望远光学系统，增大接收口径，获取更大的接收增益。望远系统也会导致光学偏角范围被压缩，但星载终端可借助星敏将初始指向控制在±1°范围内，因此整个系统完全能够满足星间长距离捕获跟踪瞄准需求。

对于单兵或手持式小型化无线光通信终端，最大的技术难点是无法通过精确引导辅助对准，其ATP功能完全依赖端机自身。因此存在扫描范围小、建链困难的缺陷。

发明内容

本发明提出了一种适用于带载能力有限的无人机平台的激光通信光端机；其利用MEMS反射镜作为伺服机构，以倒置变焦伽利略望远光学系统为天线，CMOS和QD(Quadrantphoto-detector)分别作为粗精跟踪探测器，通过变焦的方式实现快速扫描捕获，设计合理，方式新颖，具备据止环境下应用的前景。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种适用于带载能力有限的无人机平台的激光通信光端机，包括激光发射单元、MEMS反射镜扫描单元、跟踪和接收通信单元；

所述MEMS反射镜扫描单元由两轴准静态MEMS反射镜代替机械结构进行光束扫描，由MEMS反射镜和正负透镜组组成的伽利略式望远镜构成；

跟踪和接收单元，主要由光电检测单元、伺服跟踪单元、通信解调单元组成，通过以加法电路和减法电路为主的电子学处理手段分别完成通信和跟踪功能；

双光端机用束散角较大的信标光在不确定区域内互相扫描，缩小不确定区域；然后再使用通信光完成捕获跟踪，具体过程如下：

步骤1，A端机和B端机初始化，其中的MEMS反射镜角度回零，变焦光学天线复位；

步骤2，A端机和B端机的指向调整范围为40°×60°，A端机使用CMOS探测器配合变焦光学天线将保持凝视，即CMOS有效区域的对角线全视场约为70°；B端机使用大束散角信标光以螺旋扫描方式扫描整个指向调整范围；A端机探测到B端机的信标光后，调整光轴，指向B端机；

步骤3，B端机扫描完成后，返回中心零位，A端机围绕B端机的方向使用大束散角信标光小范围扫描，B端机探测到A端机信标光后，调整光轴，指向A端机；