[发明专利]一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置

权利要求书

1.一种基于四象限探测器的通信、测距及定位一体化的装置的通信、测距及定位一体化方法，其特征在于，所述装置包括第一光端机(1)和第二光端机(8)，第一光端机(1)和第二光端机(8)摆放在大气信道中，且保持链路无遮挡；

所述第一光端机(1)和第二光端机(8)结构相同，且都包括调制器(2)、激光器(3)、光功率放大器(4)、四象限探测器(5)、信号光调制及解调测控板(6)和光学系统(7)；

第一光端机(1)和第二光端机(8)接收对方发送的光信号，第一光端机(1)和第二光端机(8)接收到光信号后，通过各自的信号光调制及解调测控板(6)对接收到的光信号进行解算获得解算结果，所述解算结果为接收到的发射信息及位置和方位；

所述方法包括以下步骤：

S1:将第一光端机(1)和第二光端机(8)摆放在大气信道中，并给装置供电；

S2:开启数据输入，将输入数据与伪随机码进行模二运算作为发射数据，第一光端机(1)中通过调制器(2)将发射数据加载在激光器(3)上，由激光器(3)通过外调制实现电信号到光信号的转换；

S3:第一光端机(1)中经激光器(3)转换后的光信号通过光功率放大器(4)放大，并通过光学系统(7)发射至空间中；

S4:第二光端机(2)接收到第一光端机(1)发送的光信号后，通过第二光端机(2)中的光学系统(7)汇集到第二光端机(2)的四象限探测器(5)上；

S5:第二光端机(8)的四象限探测器(5)将接收到第一光端机(1)发送的光信号和自身发射遇到对方反射回来的光信号输出为电信号，并将电信号输出到信号光调制及解调测控板(6)上，信号光调制及解调测控板(6)将生成的电信号进行相关运算，分别结算出第一光端机(1)相对于第二光端机(8)的距离、方位以及第一光端机(1)发送的信息；

同理，第一光端机(1)接收第二光端机(8)的光信号，并通过第二光端机(8)内的信号光调制及解调测控板(6)结算出第二光端机(8)相对于第一光端机(1)的距离、方位以及第二光端机(8)发送的信息；

所述信号光调制及解调测控板(6)通过算法将接收到的信号进行解算，具体为：

通过测距和通信不同功能，将多组不同类型的PN码进行选择，不同类型PN码作为设备地址标识符，在通信功能时，使用与通信端相同的伪随机码；

通过数字振荡器在频率字的调节，将选择的PN码生成三组不同相位的伪随机码，分别为相位超前PN1码、相位当前PN2码和相位滞后PN3码；

将四象限探测器(5)输出的电流A、B、C和D相加得到光功率生成的总电流值与所述相位超前PN1码、相位当前PN2码和相位滞后PN3进行相关运算，将当前码相关器输出值与阈值相比较进行捕获接收光信号相位、将超前码相关器输出值与滞后码相关器输出值进行比较进行跟踪接收光相位，即可完成对输入信号光的动态相位跟踪，根据当前码相关器积分输出值解调出通信信息，将四象限探测器(5)的输出电流A、B、C、D分别通过相关器P1、相关器P2、相关器P3和相关器P4与当前码进行进行相关运算，输出积分器值带入四象限探测器(5)的位置计算公式得出光斑在四象限探测器(5)上的位置，通过光学系统(7)的焦距以及四象限探测器(5)上光斑位置进行简单几何计算即可得到通信端方位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关运算的公式为：

其中，P_i，j(τ)为相关运算输出值，c_j(t+τ)为输入光信号产生的光电流，c_i(t)为压控振荡器产生的本地伪码，T为本地伪码序列周期。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算四象限探测器(5)上光斑相对位置后，通过中心近似法可求得四象限探测器(5)上光斑真实位置，具体光斑相对位置计算公式为：

其中ΔX为光斑对于四象限探测器(5)中心在X轴上的相对位置，其中ΔY为光斑对于四象限探测器(5)中心在Y轴上的相对位置，P_nA、P_nB、P_nC和P_nD分别表示为四象限探测器(5)的输出电流A、B、C和D通过相对应的相关器进行相关运算值。