[发明专利]一种自由空间光通信链路建立方法

说明书

本发明公开一种自由空间光通信链路建立方法，基于收发一体化光通信装置，包括以下步骤：发射器循环发射低频识别信号与高频前导信号的合成信号；合成信号的一部分进入对端接收器的跟瞄相机，其中的识别信号被所述跟瞄相机提取，调整使目标光源落在跟瞄相机的正中心；对端发射器发射相同的合成信号指向当前端的接收器，当前端发射器停止扫描，回指向对端接收器，完成信号的双向捕获。本发明利用捕获相机的感光带宽，将目标识别的低频调制信号和通信使用的高频调制信号结合起来，在捕获阶段通过激光器循环发送合成的调制信号，让对端跟瞄相机迅速识别正确的目标光源，并在光轴对准的时候能同时解调出前导信号，从而有效缩短通信链路的建立时间。

技术领域

本发明属于自由空间光通信技术领域，特别涉及一种自由空间光通信链路建立方法。

背景技术

随着无线通信技术和业务的发展，人们对带宽的需求不断提高，但由于射频频谱资源的有限和昂贵，人们将视线投入到光谱范围，开始研究自由空间的光通信。光通信的带宽资源丰富(约200THz)，光谱使用无需申请和付费，通信过程的对准要求使被窃听可能性大大减小，以及没有电磁辐射等优势，使其被主要用于卫星和地面、卫星之间以及地面复杂而难于布线的环境。

对于地面大气短距离自由空间光通信而言，虽然光束对准的精确性没有星地之间要求那么高，但是因为存在大气扰动，环境震动甚至目标低速移动的原因，仍然必须采用捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统来完成信道的建立。ATP系统包括光学天线、分光棱镜、粗瞄装置、精瞄装置构成，当距离较短时，精瞄装置可以省略。快速自动地捕获对端信号和建立双向通信是信息传输的基础。专利CN201010185116.9提出了一种基于位置敏感探测器的自动光束捕获方法，虽然该方法直接使用信号光参与捕获，并基于PSD(四象限探测器)检测光束的偏差量，但是由于检测对端信号的视野非常小，对初始位置信息的准确性要求很高，对于低速移动的目标捕获的难度将更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由空间光通信链路快速建立的方法，解决了现有技术中对目标位置精度要求较高，目标光源识别能力较弱，光线瞄准和通信分步进行，链路建立时间较慢的问题。

本发明的技术方案是，一种自由空间光通信链路建立方法，基于光通信装置，所述装置的两端均为收发一体化结构，对于任意一端，包括以下步骤：发射器循环发射低频识别信号与高频前导信号的合成信号；所述合成信号在预设误差范围内的空间内扫描，直至扫描到对端接收器所在位置；所述合成信号的一部分进入对端接收器的跟瞄相机，其中的所述识别信号被所述跟瞄相机提取，调整使目标光源落在所述跟瞄相机的正中心；对端发射器发射相同的合成信号指向当前端的接收器，所述发射器停止扫描，回指向所述对端接收器，完成信号的双向捕获。本发明利用捕获相机的感光带宽，将目标识别的低频调制信号和通信使用的高频调制信号结合起来，在捕获阶段通过激光器循环发送合成的调制信号，让对端跟瞄相机迅速识别正确的目标光源，并在光轴对准的时候能同时解调出前导信号，从而有效缩短通信链路的建立时间。

所述前导信号为开关键控(OOK)调制信号，用于对端接收器采样同步，每组所述前导信号为n个宽度为t的脉冲，每个所述识别信号的长度为T，T＝nt，相邻两组所述前导信号之间的时间间隔为T的整数倍。

同时，T＝2/K，K为所述跟瞄相机的拍摄帧率。根据采样定律，T的这一取值可以保证获得低频识别信号的包络，判断正确的光源位置，避免跟瞄相机视野中的干扰光源启动精瞄机构的可能，提高装置捕获信号的效率。

进一步的，所述合成信号的另一部分进入对端接收器的精瞄机构，接着到达光电二极管感光面。精瞄机构通常由压电陶瓷和反射镜构成，可以对入射光角度进行精细调节，由于高速光信号接收的光电二极管感光面非常微小，需要精瞄机构调节后准确进入通信接收机的光电二极管感光面，从而为系统提供较好的信噪比。

更进一步的，完成信号的双向捕获后还包括以下步骤：两端开启精瞄过程，根据所述前导信号为所述精瞄机构提供接收信噪比的反馈信息，通过闭环控制将信号进行精调。