【技术实现步骤摘要】
本申请涉及卫星激光通信，具体涉及一种基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统及其方法。
技术介绍
1、激光卫星通信使用光学频率作为载波，可以发送和接收海量数据，同时激光通讯具有低功耗，高效率的特点，传输速度比微波通讯高出一个数量级。在量子技术的加持下，激光卫星通信也比无线电通信更安全，因此该技术吸引了众多研究和安全机构的关注。其中，星地间激光链路的建立和实施，是实现激光通讯网络的重要环节。与卫星之间的相互通信不同，卫星和地面的通讯链路存在于复杂的大气环境中，不仅面临着平流层、大气环流、各种云团的影响，还要面对大气湍流的扰动，导致偏振态、激光强度、光束分布随着传输距离的增加而不断变化。在接收端反应为激光偏振、空间分布、信号强度不规则的“闪烁”。因此，减轻激光参数随大气湍流的影响，对于建设可靠的自由空间光学链路至关重要。
2、在现有技术框架下，以自适应光学技术为代表的预补偿技术方案，如最大比合并、多平面光转换、波前感测和自适应校正，已经在星地激光通讯中得到了应用。这些预补偿自适应光学技术，首先需要地面激光基站的接收端，使用波前传感器分析已传输信号的相位失真。然后，在地面站的发射系统中，引入变形镜或空间光调制器对从地面传输到卫星的波前进行预失真补偿。虽然这种预补偿方案能够在静态环境下，保证通讯的完整性，然而，对于复杂的环境而言，这种假设上行链路和下行链路具有互易性的做法并不合理。波前传感器通常位于接收器端，信号传输至发射端时，不可避免地产生延时，导致补偿的实时性较差。
技术实现思路p>
1、基于上述表述，本申请提供了一种基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统及其方法，以降低激光参数受大气湍流的影响，同时提高激光参数补偿的实时性。
2、根据第一方面，本申请提供一种基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，包括：发射端、传输光路及接收端；
3、发射端，用于提供激光通讯所需的相干脉冲信号，将通讯信息加载到相干脉冲信号上，并将携带通讯信息的相干脉冲信号输出至传输光路；
4、接收端，包括相干接收单元和动态滤波单元；
5、相干接收单元，用于根据所述动态滤波单元产生的本振脉冲信号对所述传输光路的输出信号进行相干检测，并解调出失真脉冲信号和目标通讯信号，将所述失真脉冲信号发送至动态滤波单元，目标通讯信号输出至应用端；
6、动态滤波单元，用于对所述失真脉冲信号进行解调，得到误差信号，根据所述误差信号对参考脉冲信号的相位和幅度进行调制，得到调制后的参考脉冲信号并作为新的本振脉冲信号；所述参考脉冲信号的频率和所述相干脉冲信号的频率相同。
7、在一个或多个实施例中，所述发射端包括超短脉冲源和通讯调制单元；
8、所述超短脉冲源用于提供激光通讯所需的相干脉冲信号，并输入至所述通讯调制单元，以使所述通讯调制单元对所述相干脉冲信号进行调制，得到携带通讯信息的相干脉冲信号并输入至所述传输光路。
9、在一个或多个实施例中，所述超短脉冲源包括第一超短脉冲激光器和超短脉冲频率控制器；
10、所述超短脉冲频率控制器用于控制所述第一超短脉冲激光器输出脉冲的重复频率与所述通讯系统的主时钟频率同步，以使所述第一超短脉冲激光器输出所述相干脉冲信号至所述通讯调制单元。
11、在一个或多个实施例中，所述通讯调制单元包括第一梳齿滤波器、频谱编码器、iq调制器和数字信号处理器；
12、所述第一梳齿滤波器，用于按照预设频率间隔将所述相干脉冲信号的关键频率齿滤出，得到滤出的相干脉冲信号并输出至所述频谱编码器；
13、所述频谱编码器，用于按照预设频谱带宽，对所述滤出的相干脉冲信号进行相位和强度调整，得到调整后的相干脉冲信号并传输至所述iq调制器；
14、所述iq调制器，用于获取所述数字信号处理器产生的通讯信息，将所述通讯信息加载到所述调整后的相干脉冲信号中，得到所述携带通讯信息的相干脉冲信号并输出至所述传输光路。
15、在一个或多个实施例中，所述通讯调制单元还包括光纤放大器，所述光纤放大器连接于所述iq调制器和传输光路之间，以使所述iq调制器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号输出至所述光纤放大器，所述光纤放大器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号进行放大并输出至所述传输光路。
16、在一个或多个实施例中，所述相干接收单元包括光分束器、偏振分束器、相干混频器、平衡探测器和信号解调器；
17、所述光分束器，用于将所述失真脉冲信号按照所述相干混频器的通道要求进行分束，得到两个分束脉冲信号，并将每一所述分束脉冲信号输入到所述相干混频器对应的一个输入通道；
18、所述偏振分束器，用于将所述本振脉冲信号按照预设偏振态进行分束，得到两个偏振脉冲信号，并将每一所述偏振脉冲信号输入到所述相干混频器对应的另一个输入通道；
19、所述相干混频器，用于将接收到的分束脉冲信号和偏振脉冲信号按照同相和正交相位关系分出两组光信号，且将每组光信号注入至一个平衡探测器；
20、所述平衡探测器，用于将所述每组光信号进行差分处理，以输出同相分量信号或正交分量信号，所述同相分量信号作为失真脉冲信号；
21、所述信号解调器，用于对所述正交分量信号进行解调，得到所述目标通讯信号。
22、在一个或多个实施例中，所述动态滤波单元包括锁相控制器、第二超短脉冲激光器、第二梳齿滤波器及光谱相位调制器；
23、所述锁相控制器，用于将所述失真脉冲信号的频率与所述相干脉冲信号的频率进行比较，以提取出同步信号和误差信号，并将所述同步信号输出至第二超短脉冲激光器，将所述误差信号输出至所述光谱相位调制器；
24、所述第二超短脉冲激光器，用于基于所述同步信号将所述第二超短脉冲激光器输出脉冲的重复频率与所述通讯系统的主时钟频率同步，并输出参考脉冲信号；
25、所述第二梳齿滤波器，用于按照预设频率间隔将所述参考脉冲信号的关键频率齿滤出，得到滤出的参考脉冲信号；
26、所述光谱相位调制器，用于根据所述误差信号，对所述滤出的参考脉冲信号进行相位和幅度调制，得到调制后的参考脉冲信号并作为新的本振脉冲信号。
27、根据第二方面，本申请提供一种根据前述任一项实施例所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统的通讯方法，包括：
28、通过发射端提供激光通讯所需的相干脉冲信号，将通讯信息加载到相干脉冲信号上，并将携带通讯信息的相干脉冲信号输出至传输光路；
29、通过接收端的相干接收单元根据动态滤波单元产生的本振脉冲信号对所述传输光路的输出信号进行相干检测，并解调出失真脉冲信号和目标通讯信号，将所述失真脉冲信号发送至动态滤波单元，目标通讯信号输出至应用端；
30、通过动态滤波单元对所述失真脉冲信号进行解调，得到误差信号，根据所述误差信号对参考脉冲信号的相位和幅度进行调制，得到调制后的参考脉冲信号并作为新的本振本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，包括：发射端、传输光路及接收端；
2.根据权利要求1所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述发射端包括超短脉冲源和通讯调制单元；
3.根据权利要求2所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述超短脉冲源包括第一超短脉冲激光器和超短脉冲频率控制器；
4.根据权利要求2所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述通讯调制单元包括第一梳齿滤波器、频谱编码器、IQ调制器和数字信号处理器；
5.根据权利要求4所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述通讯调制单元还包括光纤放大器，所述光纤放大器连接于所述IQ调制器和传输光路之间，以使所述IQ调制器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号输出至所述光纤放大器，所述光纤放大器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号进行放大并输出至所述传输光路。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述相干接收
7.根据权利要求1-5任一项所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述动态滤波单元包括锁相控制器、第二超短脉冲激光器、第二梳齿滤波器及光谱相位调制器；
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统的通讯方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统的通讯方法，其特征在于，所述相干接收单元包括光分束器、偏振分束器、相干混频器、平衡探测器和信号解调器；
10.根据权利要求8所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统的通讯方法，其特征在于，所述动态滤波单元包括锁相控制器、第二超短脉冲激光器、第二梳齿滤波器及光谱相位调制器；
...【技术特征摘要】
1.一种基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，包括：发射端、传输光路及接收端；
2.根据权利要求1所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述发射端包括超短脉冲源和通讯调制单元；
3.根据权利要求2所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述超短脉冲源包括第一超短脉冲激光器和超短脉冲频率控制器；
4.根据权利要求2所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述通讯调制单元包括第一梳齿滤波器、频谱编码器、iq调制器和数字信号处理器；
5.根据权利要求4所述的基于动态光学匹配滤波的自由空间激光通讯系统，其特征在于，所述通讯调制单元还包括光纤放大器，所述光纤放大器连接于所述iq调制器和传输光路之间，以使所述iq调制器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号输出至所述光纤放大器，所述光纤放大器将所述携带通讯信息的相干脉冲信号进行放大并输出至所述传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，杨经义，孙晓杰，
申请(专利权)人：武汉中科锐择光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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