[发明专利]基于超宽视场镜头和阵列探测结构的光信号接收系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超宽视场镜头和阵列探测结构的光信号接收系统，属于光信号接收领域。

背景技术

对于激光通信系统，近年来，简单的点对点通信方式已经开始向网络化方向发展。网络中的任意一个通信节点可能需要同时与多个不同空间位置的其他节点进行通信。为了实现光链路的快速建立，通信节点需要具备宽视场信号接收的能力。因此，在激光通信系统中，需要获取尽可能大的接收视场范围。

对于室内可见光通信系统，由于照明的需要，LED光源需要大的发散角度，从而导致用户终端接收到的信号较弱。但是，在室内环境中，存在多路不同路径的散射或者折射的信号。因此，在可见光通信系统中，需要获取尽可能大的视场范围来接收尽可能多的信号。

由于传播损耗以及安全性等方面的原因，激光、可见光等光通信系统基本都工作在直射条件下。当发射机和接收机的直射通道上有障碍物时，将会在接收机处形成“阴影效应”。这会影响系统的通信性能，甚至导致接收机出现通信盲区，使通信无法继续。为了解决“阴影效应”，在发送端可以采用多个信号源发送数据，而在接收端使用宽视场的设备实现对不同位置信号的接收。实际中，为了获得尽可能大的接收视场范围，常用光学镜头拼接方案。它利用多个较小视场的光学镜头按一定的空间顺序排列形成光学阵列结构，从而获得大视场覆盖能力。这种方案的不足之处在于结构较复杂、设备成本高，而且光学镜头之间必须维持一定的夹角，对机械固定要求高。

现有的宽视场接收方案常采用多发送、单接收的方式。这种结构利用多个信号源发送相同或者不同的信号，然后由单一的光电探测器进行接收，导致设备利用率低、数据率低，已经不能满足当下高速数据传输的要求。为了有效的利用多路信号源的信号，系统常采用MIMO技术实现对多个信号源信号的同时接收。这就要求，接收机在满足大视场要求外，还必须能够接收并解析不同位置信号源发射的光信号，实现对多路信号的单独接收。此时，单一的光电接收器方案不能够满足要求。

发明内容

针对以上接收方案不足，本发明提出了超宽视场镜头结合阵列探测结构的光信号接收系统，利用超宽视场镜头的超宽视场特性实现宽视场范围内光信号的收集，然后由阵列探测结构进行独立接收。

本发明结合超宽视场镜头和阵列探测结构，具备了超宽的接收视场角范围，并且能够实现多路信号的独立接收，从而获得高通信速率。

本发明采取了如下技术方案：基于超宽视场镜头和阵列探测结构的光信号接收系统，包括沿光的传播方向依次布置的超宽视场镜头、滤光器和阵列探测结构。

超宽视场镜头为视场角达到120°以上的宽视场镜头或鱼眼镜头。

阵列探测结构有多个探测器拼接方式或者光纤捆束方式。

滤光器可以滤除带外噪声干扰、提高系统接收性能。滤光器的选择根据实际系统而定，对于可见光通信系统，选择可见光波段的宽带滤光器件；对于激光通信系统，选择激光波段的窄带滤光器件。

本发明具有以下的优点：

①本发明充分利用了超宽视场镜头的超宽视场特性，实现对超宽视场范围内不同空间方位光信号的接收；这种超宽视场接收方式降低了用户终端对光学对准精度的要求，使用户终端在移动时也能够继续保持通信；而阵列探测结构能够灵活组阵，可以对超视场宽镜头成像焦平面进行空间多点采样，实现多路信号源在成像空间的有效分割（空分复用），形成多个独立光学子通道，为构建MIMO通信体制奠定光学基础；多个光学子通道可用于实现角度分集接收，进一步提升通信系统性能；而且，阵列探测结构可对背景光干扰进行空间滤波，达到滤除强背景干扰源、提高接收信噪比的效果，改善接收性能。

②为了提高接收到的信噪比，在超宽视场镜头和阵列探测结构之间采用滤光器件来滤除接收到的背景噪声；相对于采用多个光学镜头组成的宽视场接收系统而言，采用单个超宽视场镜头不仅能够获得宽视场覆盖，而且结构简单，无需对多个光学镜头的位置进行布局设计和采取相应的固定措施；超宽视场镜头用于光信号的接收，不需要考虑成像质量；只需要以收集宽视场范围内的光信号功率为约束条件，对系统的结构进行简化设计，降低系统成本。

③本发明能够有效抑制“阴影效应”，相对于单一光电接收系统而言，阵列接收结构可以实现与多路信号的独立接收，得到高通信速率；系统具有集成度高，易于小型化等优点，有较高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的多个探测器拼接方案示意图；

图3为本发明的光纤捆束方案示意图。

具体实施方式