海空天一体化激光通信方法和系统与流程

1.本公开属于激光通信技术领域，具体涉及一种海空天一体化激光通信方法和系统。


背景技术：

2.当下，人类社会对海洋的关注度越来越高，与海洋资源勘探与开发、海洋环境监测、海洋灾害预警、海洋安全等领域相关的技术飞速发展，针对海洋应用场景的各种探测手段层出不穷，随之而来的，是对海上通信的需求日益增加，围绕海洋应用场景的舰船、浮标、飞机、卫星等节点之间通常距离较远，又需要进行远海信息互通。目前，此类信息互通均通过无线电射频通信完成。特别是针对海上浮标等无人值守的海洋监测设备，其搜集的各种海洋信息更需要通过无线通信手段完成远海数据传输，并获取各种行动指令。与海上浮标建立信息互通的过程总体可分为两个阶段，首先是浮标巡检阶段，发现海上浮标并准确定位，为通信链路的建立做准备；其次，完成浮标定位后，即可进入通信阶段，由浮标和无人机等终端建立通信链路，并完成数据的上传及下载。目前，通过无人机进行海上浮标的巡检是一种非常高效、节约人力物力的选择。
3.当前，针对包含无人机、海上浮标等终端的海上无线通信系统，无线通信的频段主要集中在3khz～30ghz，主要存在以下问题：
4.第一、信息安全无法保证，抗干扰能力弱，无线通信非常容易被干扰，同时发送的信息也很容易被截获，在信息技术高度发展的当下，无线电射频通信在安全方面无任何优势，尤其在涉及到保密及安全领域时，这是个更加致命的问题；
5.第二、在浮标巡检阶段，若利用浮标本身发出的无线电信号进行定位搜寻，当受到无线电干扰时，极容易造成目标搜寻失败，导致浮标的作用失效；
6.第三、通信速率不高，远距离通信速率均不超过1mbit/s，当有图片、视频等超大容量数据需要传输时，会导致通信时间过长，通信过程中出现各种不确定因素破坏通信的概率增加。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种海空天一体化激光通信方法和系统。
8.根据本公开的一个方面，提供一种海空天一体化激光通信方法，包括：
9.浮标装置和飞行器分别作为发起方与航天器建立通信链路，所述浮标装置、飞行器及航天器分别搭载激光通信终端；以及，
10.所述浮标装置和所述飞行器基于所述通信链路通过所述航天器进行通信。
11.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述飞行器包括无人机、有人驾驶的飞机或热气球等其他可飞行物。
12.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述浮标装置为位
于海域、河流、湖泊等水面上的漂浮装置。
13.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述航天器为卫星、空间站等航天设备。
14.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述航天器、飞行器与浮标装置的数量为1:1:1、1：n：n或n：n：n，其中n为大于1的自然数。
15.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述飞行器、航天器、浮标装置还可以搭载除激光通信终端以外的其他无线电通信设备作为辅助或备用通信终端，使所述其他无线电通信设备与激光通信终端组成以激光通信终端为主的融合通信系统。
16.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述航天器的轨道最大高度为500km。
17.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述飞行器与浮标装置之间的最大水平距离为10km，飞行器距离浮标装置所处水面的最大高度距离为500m。
18.根据本公开至少一个实施方式的基于飞行器海空一体化激光通信方法，飞行器与航天器、浮标装置与航天器之间基于激光通信链路进行通信的通信波长为1550nm，该波长为当前激光通信的主流选择，可兼顾隐蔽性、安全性、器件性能、系统设计、大气透过率等多方面因素，达到良好的通信效果。
19.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，浮标装置和飞行器分别与航天器建立通信链路，包括：
20.浮标装置作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
21.航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路；以及，
22.飞行器作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
23.航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路。
24.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
25.浮标装置搭载的激光通信终端发射信标光；
26.航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
27.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获浮标装置搭载的激光通信终端发射的信标光；
28.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置；以及，
29.航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
30.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述搜索相机为cmos相机或ccd相机。
31.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述信标光波长包括808nm、850nm、880nm、905nm、980nm、1064nm、1550nm，其中，优选808nm。
32.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置，包括：
33.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取浮标装置在相机视场中的位置；以及，
34.将浮标装置在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
35.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向，包括：
36.生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
37.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，还包括：
38.如果浮标装置搭载的激光通信终端的搜索相机先收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光时，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内。
39.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内，包括：如果信标光的入射方位在预设误差范围内，保持浮标装置搭载的激光通信终端指向，否则调整浮标装置搭载的激光通信终端指向使信标光的入射方位直至在预设范围内。
40.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
41.航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪；或
42.浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪。
43.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪，包括：
44.浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；
45.航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪；
46.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
47.浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
48.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪，包括：
49.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
50.浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
51.浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
52.航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪。
53.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
54.飞行器搭载的激光通信终端发射信标光；
55.航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
56.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获飞行器搭载的激光通信终端发射的信标光；
57.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置；以及，
58.航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
59.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置，包括：
60.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取飞行器在相机视场中的位置；以及，
61.将飞行器在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
62.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向，包括：
63.生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
64.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
65.航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪；或
66.飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪。
67.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪，包括：
68.飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；
69.航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪；
70.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
71.飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
72.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪，包括：
73.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
74.飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
75.飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
76.航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪。
77.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，还包括：如果浮标装置或飞行器搭载的激光通信终端同时接收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光和信号光时，直接基于接收到的信号光对航天器进行精跟踪。根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信方法，所述浮标装置和所述飞行器基于所述通信链路通过航天器进行通信，包括：所述浮标装置和所述飞行器分别与所述航天器通过通信链路进行双向
通信。
78.根据本公开的又一个方面，提供一种海空天一体化激光通信系统，包括：
79.飞行器，所述飞行器搭载激光通信终端，所述激光通信终端包括搜索相机，所述飞行器与航天器建立通信链路，所述飞行器与浮标装置通过航天器进行通信；
80.浮标装置，所述浮标装置搭载激光通信终端，所述激光通信终端包括搜索相机，所述浮标装置与航天器建立通信链路，所述浮标装置与飞行器通过航天器进行通信；
81.航天器，所述航天器搭载激光通信终端，所述航天器分别与所述飞行器和所述浮标装置建立通信链路。
82.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述飞行器包括无人机、有人驾驶的飞机或热气球等其他可飞行物。
83.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述浮标装置为位于海域、河流、湖泊等水面上的漂浮装置。
84.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述航天器为卫星、空间站等航天设备。
85.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述航天器、飞行器与浮标装置的数量为1:1:1、1：n：n或n：n：n，其中n为大于1的自然数。
86.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述飞行器、航天器、浮标装置还可以搭载除激光通信终端以外的其他无线电通信设备作为辅助或备用通信终端，使所述其他无线电通信设备与激光通信终端组成以激光通信终端为主的融合通信系统。
87.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述航天器的轨道最大高度为500km。
88.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述飞行器与浮标装置之间的最大水平距离为10km，飞行器距离浮标装置所处水面的最大高度距离为500m。
89.根据本公开至少一个实施方式的基于飞行器海空一体化激光通信系统，飞行器与航天器、浮标装置与航天器之间基于激光通信链路进行通信的通信波长为1550nm，该波长为当前激光通信的主流选择，可兼顾隐蔽性、安全性、器件性能、系统设计、大气透过率等多方面因素，达到良好的通信效果。
90.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，浮标装置和飞行器分别与航天器建立通信链路，包括：
91.浮标装置作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
92.航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路；以及，
93.飞行器作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
94.航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路。
95.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
96.浮标装置搭载的激光通信终端发射信标光；
97.航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
98.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获浮标装置搭载的激光通信终端发射的信标光；
99.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置；以及，
100.航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
101.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述搜索相机为cmos相机或ccd相机。
102.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，所述信标光波长包括808nm、850nm、880nm、905nm、980nm、1064nm、1550nm，其中，优选808nm。
103.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置，包括：
104.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取浮标装置在相机视场中的位置；以及，
105.将浮标装置在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
106.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向，包括：
107.生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
108.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，还包括：
109.如果浮标装置搭载的激光通信终端的搜索相机先收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光时，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内。
110.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内，包括：如果信标光的入射方位在预设误差范围内，保持浮标装置搭载的激光通信终端指向，否则调整浮标装置搭载的激光通信终端指向使信标光的入射方位直至在预设范围内。
111.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
112.航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪；或
113.浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪。
114.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪，包括：
115.浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；
116.航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪；
117.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
118.浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并
基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
119.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪，包括：
120.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
121.浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
122.浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
123.航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪。
124.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
125.飞行器搭载的激光通信终端发射信标光；
126.航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
127.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获飞行器搭载的激光通信终端发射的信标光；
128.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置；以及，
129.航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
130.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置，包括：
131.航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取飞行器在相机视场中的位置；以及，
132.将飞行器在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
133.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向，包括：
134.生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
135.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
136.航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪；或
137.飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪。
138.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪，包括：
139.飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；
140.航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪；
141.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
142.飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
143.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪，包括：
144.航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
145.飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
146.飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
147.航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪。
148.根据本公开至少一个实施方式的海空天一体化激光通信系统，还包括：如果浮标装置或飞行器搭载的激光通信终端同时接收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光和信号光时，直接基于接收到的信号光对航天器进行精跟踪。
附图说明
149.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
150.图1是根据本公开至少一个实施方式提供的海空天一体化激光通信方法流程示意图。
151.图2是根据本公开至少一个实施方式的浮标装置和飞行器分别作为发起方与航天器建立通信链路的方法流程示意图。
152.图3是根据本公开实施方式的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道的方法流程示意图。
153.图4是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置方法流程图。
154.图5是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向方法流程示意图。
155.图6是根据本公开又一实施方式的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道的方法流程示意图。
156.图7是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法流程示意图。
157.图8是根据本公开又一实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法流程示意图。
158.图9是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道方法流程示意图。
159.图10是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置方法流程示意图。
160.图11是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向方法流程示意图。
161.图12是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路方法流程示意图。
162.图13是根据本公开又一实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭
载的激光通信终端建立激光通信链路方法流程示意图。
163.图14是根据本公开的一个实施方式的海空天一体化激光通信系统结构示意图。
164.附图标记说明
165.10 海空天一体化激光通信系统
[0166]1ꢀꢀ
航天器
[0167]2ꢀꢀ
海标装置搭载的激光通信终端
[0168]3ꢀꢀ
浮标装置
[0169]4ꢀꢀ
飞行器搭载的激光通信终端
[0170]5ꢀꢀ
飞行器。
具体实施方式
[0171]
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0172]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
[0173]
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
[0174]
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
[0175]
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上“、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
[0176]
本文使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏
差。
[0177]
图1是根据本公开至少一个实施方式提供的海空天一体化激光通信方法流程示意图。
[0178]
如图1所示，海空天一体化激光通信方法s100，包括：
[0179]
s102：浮标装置和飞行器分别作为发起方与航天器建立通信链路，浮标装置、飞行器及航天器分别搭载激光通信终端；以及，
[0180]
s104：浮标装置和飞行器基于通信链路通过航天器进行通信。
[0181]
其中，飞行器包括无人机、有人驾驶的飞机或热气球等其他可飞行物。
[0182]
其中，浮标装置为位于海域、河流、湖泊等水面上的漂浮装置。
[0183]
其中，航天器为卫星、空间站等航天设备。
[0184]
其中，航天器、飞行器与浮标装置的数量为1:1:1、1：n：n或n：n：n，其中n为大于1的自然数。
[0185]
其中，飞行器、航天器、浮标装置还可以搭载除激光通信终端以外的其他无线电通信设备作为辅助或备用通信终端，使其他无线电通信设备与激光通信终端组成以激光通信终端为主的融合通信系统。
[0186]
其中，航天器的轨道最大高度为500km。
[0187]
其中，飞行器与浮标装置之间的最大水平距离为10km，飞行器距离浮标装置所处水面的最大高度距离为500m。
[0188]
根据本公开至少一个实施方式的基于飞行器海空一体化激光通信方法，飞行器与航天器、浮标装置与航天器之间基于激光通信链路进行通信的通信波长为1550nm，该波长为当前激光通信的主流选择，可兼顾隐蔽性、安全性、器件性能、系统设计、大气透过率等多方面因素，达到良好的通信效果。
[0189]
其中，浮标装置和飞行器基于通信链路通过航天器进行通信，包括：浮标装置和飞行器分别与航天器通过通信链路进行双向通信。
[0190]
图2是根据本公开至少一个实施方式的浮标装置和飞行器分别作为发起方与航天器建立通信链路的方法流程示意图。
[0191]
如图2所示，浮标装置和飞行器分别作为发起方与航天器建立通信链路的方法s200，包括：
[0192]
s202：浮标装置作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
[0193]
航天器搭载的激光通信终端与海上搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路；以及，
[0194]
s204：飞行器作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
[0195]
航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路。
[0196]
图3是根据本公开实施方式的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道的方法流程示意图。
[0197]
如图3所示，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道s300，包括：
[0198]
s302：浮标装置搭载的激光通信终端发射信标光；
[0199]
s304：航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
[0200]
s306：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获浮标装置搭载的激光通信终端发射的信标光；
[0201]
s308：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置；以及，
[0202]
s310：航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
[0203]
其中，搜索相机为cmos相机或ccd相机。
[0204]
其中，信标光波长包括808nm、850nm、880nm、905nm、980nm、1064nm、1550nm，其中，优选808nm。
[0205]
图4是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置方法流程图。
[0206]
如图4所示，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置方法s308，包括：
[0207]
s3082：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取浮标装置在相机视场中的位置；以及，
[0208]
s3084：将浮标装置在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
[0209]
图5是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向方法流程示意图。
[0210]
如图5所示，航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向方法s310，包括：
[0211]
s3102：生成转台控制指令；
[0212]
s3104：通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构的转向；以及
[0213]
s3106：二维转动机构使航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
[0214]
图6是根据本公开又一实施方式的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道的方法流程示意图。
[0215]
如图6所示，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道的方法s400，还包括：
[0216]
s312：如果浮标装置搭载的激光通信终端的搜索相机先收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光时，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内。
[0217]
其中，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内，包括：如果信标光的入射方位在预设误差范围内，保持浮标装置搭载的激光通信终端指向，否则调整浮标装置搭载的激光通信终端指向使信标光的入射方位直至在预设范围内。
[0218]
图7是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法流程示意图。
[0219]
如图7所示，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法s500，包括：航天器对浮标装置进行精跟踪，以及浮标装置对航天器进行精跟踪，包括：
[0220]
s502：浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；
[0221]
s504：航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪；
[0222]
s506：航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0223]
s508：浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
[0224]
图8是根据本公开又一实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法流程示意图。
[0225]
如图8所示，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路的方法s600，包括：浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪，包括：
[0226]
s602：航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0227]
s604：浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
[0228]
s606：浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0229]
s608：航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪。
[0230]
图9是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道方法流程示意图。
[0231]
如图9所示，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道方法s700，包括：
[0232]
s702：飞行器搭载的激光通信终端发射信标光；
[0233]
s704：航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
[0234]
s706：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获飞行器搭载的激光通信终端发射的信标光；
[0235]
s708：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置；以及，
[0236]
s710：航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
[0237]
图10是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置方法流程示意图。
[0238]
如图10所示，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置方法s708，包括：
[0239]
s7082：航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取飞行器在相机视场中的位置；以及，
[0240]
s7084：将飞行器在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
[0241]
图11是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向方法流程示意图。
[0242]
如图11所示，航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向s710，包括：
[0243]
s7102：生成转台控制指令；
[0244]
s7104：通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构的转
向；以及
[0245]
s7106：二维转动机构使航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
[0246]
图12是根据本公开实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路方法流程示意图。
[0247]
如图12所示，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路方法s800，包括：航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪，包括：
[0248]
s802：飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0249]
s804：航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪；
[0250]
s806：航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0251]
s808：飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
[0252]
图13是根据本公开又一实施方式提供的航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路方法流程示意图。
[0253]
如图13所示，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路方法s900，包括：飞行器对航天器进行精跟踪，以及航天器对飞行器进行精跟踪，包括：
[0254]
s902：航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0255]
s904：飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
[0256]
s906：飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0257]
s908：航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪。
[0258]
其中，还包括：如果浮标装置搭载的激光通信终端同时接收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光和信号光时，直接基于接收到的信号光对航天器进行精跟踪。
[0259]
图14是根据本公开的一个实施方式的海空天一体化激光通信系统结构示意图。
[0260]
如图14所示，海空天一体化激光通信系统10，包括：
[0261]
飞行器5，飞行器5搭载激光通信终端4，激光通信终端4包括搜索相机，飞行器5与航天器1建立通信链路，飞行器5与浮标装置3通过航天器1进行通信；
[0262]
浮标装置3，浮标装置搭载激光通信终端2，激光通信终端包括搜索相机，浮标装置与航天器建立通信链路，浮标装置与飞行器通过航天器进行通信；
[0263]
航天器1，航天器1搭载激光通信终端，航天器1分别与飞行器5和浮标装置3建立通信链路。
[0264]
其中，飞行器包括无人机、有人驾驶的飞机或热气球等其他可飞行物。
[0265]
其中，浮标装置为位于海域、河流、湖泊等水面上的漂浮装置。
[0266]
其中，航天器为卫星、空间站等航天设备。
[0267]
其中，航天器、飞行器与浮标装置的数量为1:1:1、1：n：n或n：n：n，其中n为大于1的自然数。
[0268]
其中，飞行器、航天器、浮标装置还可以搭载除激光通信终端以外的其他无线电通信设备作为辅助或备用通信终端，使其他无线电通信设备与激光通信终端组成以激光通信终端为主的融合通信系统。
[0269]
其中，航天器的轨道最大高度为500km。
[0270]
其中，飞行器与浮标装置之间的最大水平距离为10km，飞行器距离浮标装置所处水面的最大高度距离为500m。
[0271]
其中，飞行器与航天器、浮标装置与航天器之间基于激光通信链路进行通信的通信波长为1550nm，该波长为当前激光通信的主流选择，可兼顾隐蔽性、安全性、器件性能、系统设计、大气透过率等多方面因素，达到良好的通信效果。
[0272]
其中，浮标装置和飞行器分别与航天器建立通信链路，包括：
[0273]
浮标装置作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
[0274]
航天器搭载的激光通信终端与海上搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路；以及，
[0275]
飞行器作为发起方与航天器建立通信链路，包括：
[0276]
航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路。
[0277]
其中，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
[0278]
浮标装置搭载的激光通信终端发射信标光；
[0279]
航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
[0280]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获浮标装置搭载的激光通信终端发射的信标光；
[0281]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置；以及，
[0282]
航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
[0283]
其中，搜索相机为cmos相机或ccd相机。
[0284]
其中，信标光波长包括808nm、850nm、880nm、905nm、980nm、1064nm、1550nm，其中，优选808nm。
[0285]
其中，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取浮标装置的空间位置，包括：
[0286]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取浮标装置在相机视场中的位置；以及，
[0287]
将浮标装置在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
[0288]
其中，航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向，包括：
[0289]
生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向浮标装置的方向。
[0290]
其中，还包括：
[0291]
如果浮标装置搭载的激光通信终端的搜索相机先收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光时，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内。
[0292]
其中，浮标装置基于接收到的航天器发射的信标光的入射方位调整浮标装置搭载的激光通信终端的指向，使得浮标装置搭载的激光通信终端的指向在预设误差范围内，包括：如果信标光的入射方位在预设误差范围内，保持浮标装置搭载的激光通信终端指向前进，否则调整浮标装置搭载的激光通信终端指向使信标光的入射方位直至在预设范围内。
[0293]
其中，航天器搭载的激光通信终端与浮标装置搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
[0294]
航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪；或
[0295]
浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪。
[0296]
其中，航天器对浮标装置进行精跟踪，以及，浮标装置对航天器进行精跟踪，包括：
[0297]
浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；
[0298]
航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪；
[0299]
航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0300]
浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
[0301]
其中，浮标装置对航天器进行精跟踪，以及，航天器对浮标装置进行精跟踪，包括：
[0302]
航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0303]
浮标装置搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
[0304]
浮标装置搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0305]
航天器搭载的激光通信终端接收浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的浮标装置搭载的激光通信终端发射的信号光对浮标装置精跟踪。
[0306]
其中，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立基础信号通道，包括：
[0307]
飞行器搭载的激光通信终端发射信标光；
[0308]
航天器搭载的激光通信终端以扫描的方式发射信标光；
[0309]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机捕获飞行器搭载的激光通信终端发射的信标光；
[0310]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置；以及，
[0311]
航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
[0312]
其中，航天器搭载的激光通信终端的搜索相机获取飞行器的空间位置，包括：
[0313]
航天器搭载的激光通信终端的搜索相机提取飞行器在相机视场中的位置；以及，
[0314]
将飞行器在相机视场中的位置转换为空间方位坐标信息。
[0315]
其中，航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向，包括：
[0316]
生成转台控制指令，并通过转台控制指令控制航天器搭载的激光通信终端的二维转动机构，使航天器搭载的激光通信终端指向飞行器的方向。
[0317]
其中，航天器搭载的激光通信终端与飞行器搭载的激光通信终端建立激光通信链路，包括：
[0318]
航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪；或
[0319]
飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪。
[0320]
其中，航天器对飞行器进行精跟踪，以及，飞行器对航天器进行精跟踪，包括：
[0321]
飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0322]
航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪；
[0323]
航天器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0324]
飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪。
[0325]
其中，飞行器对航天器进行精跟踪，以及，航天器对飞行器进行精跟踪，包括：
[0326]
航天器搭载的激光通信终端发射信号光；
[0327]
飞行器搭载的激光通信终端接收航天器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的航天器搭载的激光通信终端发射的信号光对航天器精跟踪；
[0328]
飞行器搭载的激光通信终端发射信号光；以及，
[0329]
航天器搭载的激光通信终端接收飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光，并基于接收的飞行器搭载的激光通信终端发射的信号光对飞行器精跟踪。
[0330]
其中，还包括：如果浮标装置或飞行器搭载的激光通信终端同时接收到航天器搭载的激光通信终端发射的信标光和信号光时，直接基于接收到的信号光对航天器进行精跟踪。
[0331]
本公开提供的海空天一体化激光通信方法和系统，具有以下技术优势：
[0332]
第一、由于激光高度集中，具有优良的方向性，通信所用的激光波段为不可见光，因此很难被与通信无关的第三方发现，具有出色的抗干扰能力，极难被截获，具有出色的安全性；
[0333]
第二、海上浮标、无人机、卫星均搭载了激光通信系统，能自主发射激光束，使通信链路的建立更加方便快捷，由于激光出色的抗干扰性能，不会出现由于外界干扰导致的浮标搜寻失败问题，极大地提升了海上浮标生命力，使其最大限度的发挥作用；
[0334]
第三、激光通信容量极大，在同等条件下，能实现无线射频通信千百倍的通信速率，极大的缩短了海上通信时长，能使海上浮标在有限时间内最大限度的完成数据上传，可有效提升远海通信效率，解决了海上浮标上传下载信息速率不够高的问题。
[0335]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式/方式”、“一些实施方式/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须的是相同的实施方式/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式/方式或示例以及不同实施方式/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0336]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0337]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。