一种光路可切换的无信标激光通信系统及方法与流程

技术特征：
1.一种光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：无信标激光通信系统包括二维伺服转台(1)以及安装在所述二维伺服转台(1)上的信号光捕获与跟踪装置(2)、信号光收发装置(3)以及光路切换分时复用机构(4)；所述信号光捕获与跟踪装置(2)包括信号光捕获与跟踪探测器(21)以及信号光捕获与粗跟踪镜头(22)，所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)相对设置并在光路上连通，所述信号光捕获与跟踪探测器(21)的信号输出端与所述二维伺服转台(1)电连接；所述光路切换分时复用机构(4)用于在捕获与粗跟踪的过程中避开所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光收发装置(3)之间的光路；所述光路切换分时复用机构(4)还用于在精跟踪的过程中阻断所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路，并连通所述信号光收发装置(3)与所述信号光捕获与跟踪探测器(21)之间的光路。2.根据权利要求1所述的光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)的接收视场大小与无信标激光通信系统的捕获不确定区域大小相匹配。3.根据权利要求1或2所述的光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：所述信号光收发装置(3)包括信号光收发一体光学天线(31)、快速反射镜(32)、二向色分光镜(33)、部分分光片(34)、信号光发射激光器(35)和信号光接收探测器(36)；所述二向色分光镜(33)的光路包括信号光接收透射光路和信号光发射反射光路，所述部分分光片(34)的光路包括透射光路和反射光路；所述信号光收发一体光学天线(31)、所述快速反射镜(32)、所述二向色分光镜(33)和所述部分分光片(34)依次相对设置并在光路上依次连通，且所述部分分光片(34)位于所述二向色分光镜(33)的信号光接收透射光路上；所述信号光发射激光器(35)与所述二向色分光镜(33)相对设置并在光路上连通，且所述信号光发射激光器(35)位于所述二向色分光镜(33)的信号光发射反射光路上；所述信号光接收探测器(36)与所述部分分光片(34)相对设置并在光路上连通，且所述信号光接收探测器(36)位于所述部分分光片(34)的反射光路上；当在精跟踪的过程中，所述光路切换分时复用机构(4)位于所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路中，并将所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路阻断，且将所述部分分光片(34)的透射光路引入至所述信号光捕获与跟踪探测器(21)中。4.根据权利要求3所述的光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：在所述部分分光片(34)中，所述透射光路分得的信号光强度小于所述反射光路分得的信号光强度。5.根据权利要求3所述的光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：所述光路切换分时复用机构(4)包括反射镜(41)、聚焦镜组(42)和驱动机构，所述反射镜(41)和所述聚焦镜组(42)均安装所述驱动机构上，且所述驱动机构用于驱动所述反射镜(41)和所述聚焦镜组(42)运动。6.根据权利要求5所述的光路可切换的无信标激光通信系统，其特征在于：所述聚焦镜组(42)位于所述反射镜(41)的反射面一侧；当在精跟踪的过程中，所述反射镜(41)位于所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路中，且所述反射镜(41)的非反射面与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)相对，所述反射镜(41)的反射面分别与所述部分分光片(34)以及所述信号光捕获与跟踪探测器(21)相对，所述聚焦镜组(42)位于所述反射镜(41)与所述信号光捕获与跟踪探测器(21)之间。
7.一种光路可切换的无信标激光通信方法，其特征在于：利用上述权利要求1至6任一项所述的光路可切换的无信标激光通信系统进行激光通信，包括以下步骤，在激光通信的初始阶段，控制光路切换分时复用机构(4)避开信号光捕获与跟踪探测器(21)与信号光收发装置(3)之间的光路；控制信号光捕获与粗跟踪镜头(22)在捕获不确定区域内扫描，使所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)捕获到信号光；当所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)捕获到信号光后，将捕获到的信号光成像至所述信号光捕获与跟踪探测器(21)上，进入目标粗跟踪状态；在目标粗跟踪阶段，控制所述信号光捕获与跟踪探测器(21)根据所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)捕获到的信号光，解算出入射信号光方位；根据所述信号光捕获与跟踪探测器(21)解算出的入射信号光方位，驱动二维伺服转台(1)转动，使无信标激光通信系统指向对方发射出的信号光的入射方向，完成目标粗跟踪，并进入目标精跟踪状态；在进入目标精跟踪状态时，控制所述光路切换分时复用机构(4)阻断所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路，并连通信号光收发装置(3)与所述信号光捕获与跟踪探测器(21)之间的光路；在目标精跟踪阶段中，利用所述信号光收发装置(3)接收信号光，并通过所述光路切换分时复用机构(4)将接收到的信号光传输至所述信号光捕获与跟踪探测器(21)中，实现基于信号光的目标精跟踪；在目标精跟踪的工作状态达到稳定时，通过所述信号光收发装置(3)进行数据传输，直至通信结束。8.根据权利要求7所述的光路可切换的无信标激光通信方法，其特征在于：所述光路切换分时复用机构(4)的初始状态为避开信号光捕获与跟踪探测器(21)与信号光收发装置(3)之间的光路；当通信结束后，控制所述光路切换分时复用机构(4)避开信号光捕获与跟踪探测器(21)与信号光收发装置(3)之间的光路。9.根据权利要求7所述的光路可切换的无信标激光通信方法，其特征在于：在通信过程中，若信号光丢失，则控制所述光路切换分时复用机构(4)避开信号光捕获与跟踪探测器(21)与信号光收发装置(3)之间的光路，并使无信标激光通信系统重新进入捕获与粗跟踪状态，且重复激光通信建链动作，直至通信链路再次成功建立。10.根据权利要求7所述的光路可切换的无信标激光通信方法，其特征在于：若在激光通信的初始阶段具备进入目标精跟踪状态的条件，则控制所述光路切换分时复用机构(4)阻断所述信号光捕获与跟踪探测器(21)与所述信号光捕获与粗跟踪镜头(22)之间的光路，并连通所述信号光收发装置(3)与所述信号光捕获与跟踪探测器(21)之间的光路，使无信标激光通信系统进入精跟踪模式，直至通信结束。

技术总结
本发明涉及激光通信领域，具体涉及一种光路可切换的无信标激光通信系统及方法，其系统包括二维伺服转台以及安装在二维伺服转台上的信号光捕获与跟踪装置、信号光收发装置以及光路切换分时复用机构；光路切换分时复用机构用于在捕获与粗跟踪的过程中避开信号光捕获与跟踪探测器与信号光收发装置之间的光路，还用于在精跟踪的过程中阻断信号光捕获与跟踪探测器与信号光捕获与粗跟踪镜头之间的光路，并连通信号光收发装置与信号光捕获与跟踪探测器之间的光路。本发明未使用信标光来辅助建链，简化了激光通信终端的系统结构，降低了体积重量和功耗。另外光路切换分时复用机构实现了粗、精跟踪状态的灵活切换，有效的整合了载荷资源。荷资源。荷资源。


技术研发人员：吕世猛 谢腾
受保护的技术使用者：北京极光星通科技有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/3/3