[发明专利]基于无源光开关的空间激光通信转发系统

摘要

一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统由地面光信号发射终端、空间转发系统和地面光信号接收终端三部分组成；本发明是将空间光通信的发射和接收端都放置于地面，用飞行器搭载空间转发系统，且空间转发系统只对光信号进行转发，而不进行放大、调制、解调等处理，大大简化了空间系统的复杂程度，减小了空间载荷的体积、重量以及功耗，并用光开关系统实现了光信号的点对点或者广播式的转发，在发射端对信号进行调制，在接收端对信号进行解调，实现地‑空‑地的转发通信。

主权项

1.一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统由地面光信号发射终端、空间转发系统和地面光信号接收终端三部分组成；其中地面光信号发射终端包括：一光发射机，用于提供需要传输的信号光；一地面对准系统，该地面对准系统由定位模块，捕获跟踪瞄准系统和光学天线组成：定位模块用于对地面光信号发射终端的定位，以利于自由空间光链路的粗对准，捕获跟踪瞄准系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，光学天线用于对发射光的平行扩束和对接收光的聚焦耦合；该地面对准系统用于实现地‑空精对准；该地面对准系统的入射端与光发射机的光出射端口相连；一指令控制模块，用于控制地面对准系统，并发射微波信号；空间转发系统包括：一空间对准系统，该空间对准系统由定位模块，捕获跟踪瞄准系统和光学天线组成：定位模块用于对地面光信号发射终端的定位，以利于自由空间光链路的粗对准，捕获跟踪瞄准系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，光学天线用于对发射光的平行扩束和对接收光的聚焦耦合；该空间对准系统用于实现与地面对准系统的精确对准；一光开关系统，用于实现光在空间站的转发；由空间对准系统出射的光进入光开关系统的端口A，将会进入一个1*2光开关，由指令控制模块发出指令控制1*2光开关，光从端口a1和端口a2出射：从端口a1出射的光进入1*7光分束器，再分别从端口B‑1、端口C‑1、端口D‑1、端口E‑1、端口F‑1、端口G‑1、端口H‑1出射，这样实现了广播式转发；从端口a2出射的光进入4*4光开关的端口①，两个1*2光开关的一臂相连，两个1*2光开关的另一臂相连，通过指令控制1*2光开关的开通臂，光从端口E‑1、端口F‑1、端口G‑1、端口H‑1端口出射，或将端口⑧出射的光进入端口⑦，或端口⑥的光进入端口⑤，再由指令控制模块发出指令控制4*4光开关，将光从端口B‑1、端口C‑1或者端口D‑1出射，这样实现了从端口①的光，是从端口B‑1、端口C‑1、端口D‑1、端口E‑1、端口F‑1、端口G‑1、端口H‑1任意端口出射，这样实现了点对点式转发；一控制对准系统，该控制对准系统由定位模块，捕获跟踪瞄准系统和光学天线组成：定位模块用于对地面站的定位，以利于自用空间光链路的粗对准，捕获跟踪瞄准系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，光学天线用于对发射光的平行扩束和对接收光的聚焦耦合；该控制对准系统用于实现与地面站的精确对准；该控制对准系统有7个完全相同结构和功能的模块，其入射端口分别与光开关系统的出射端口B‑1、端口C‑1、端口D‑1、端口E‑1、端口F‑1、端口G‑1、端口H‑1相连；一指令控制系统，用于控制对准系统和光开关系统，接收来自地面站指令控制系统的微波指令信号，并发射指令信号；地面光信号接收终端有七套完全相同结构的终端构成，分别布置在七个不同的地面位置，与控制对准系统的七个出射端口一一对应，每个地面光信号接收终端都包括：一接收对准系统，该接收对准系统由定位模块，捕获跟踪瞄准系统和光学天线组成：定位模块用于对地面站的定位，以利于自由空间光链路的粗对准，捕获跟踪瞄准系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，光学天线用于对发射光的平行扩束和对接收光的聚焦耦合；该接收对准系统用于实现与空间站对准系统的精确对准；一光接收机，用于对光信息的放大、探测、接收、处理和解调，其各输入端口与光开关各出射端口经过接收对准系统对准后对应相连；一指令控制模块，该模块用于接收空间站指令控制模块发出的微波指令，并控制对准系统，确保控制对准系统与接收对准系统的精对准。