光发射天线系统及其波束控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种光发射天线系统及其波束控制方法，光学天线是多个激光发射天线和多个接收天线均匀排列的阵列结构，阵列结构设置在弧面(半球面或球面)上，每个激光发射天线包含发射多模光纤与发射微透镜；接收天线包含接收多模光纤与接收微透镜；发射微透镜分别位于一个接收微透镜的中心。本发明专利技术的更好的光发射天线系统及其波束控制方法实现近地大气激光系统移动中通信，减少对复杂的APT系统的依赖，提高通信的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光通信
，尤其涉及一种移动大气激光通信系统中基于光束可控技术的多波束光天线装置，利用光束的视距传输特性、角度分集技术以及控制算法实现光学天线之间智能的捕获、对准与跟踪。
技术介绍
大气激光通信又称自由空间光通信(Free Space Optical Communication, FSO) 或无线光通信(Wireless Optical Communication)，其既可承载数字信号也可承载无线射频信号，是ー种新兴的无线通信方式。它具通信容量大、安全保密性好、有抗电磁干扰能力强，无需申请无线频段等优点，在军事通信和民用通信领域都具有重要的应用价值。FSO是ー种视距传输系统。为了在发射端和接收端之间建立一条有效的通信链路， 精确可靠的捕获、对准和跟踪(APT Acquisition Pointing and Tracking)技术至关重要， 该技术是实现移动大气激光通信的关键。目前对APT技术的研究集中于采用步进电机或快速振镜等传统的机械方法，在定点FSO通信中，通过系统本身的自动调整机械装置克服小范围的器件振动与形变等因素的影响，可以满足激光通信精度的要求；在空间FSO通信(例如卫星与卫星之间以及卫星与地面之间)中，通过对稳定平台以及高速振镜的精确控制， 也可以满足激光通信精度的要求，但是其代价是需要设计复杂的APT系统；而对于近地移动(特別是快速移动)大气激光通信系统，由于大气效应和目标相对运动的影响将更加显著，目前的APT技术还不能满足激光通信的要求。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种，更好的实现近地大气激光系统移动中通信，减少对复杂的APT系统的依赖， 提高通信的可靠性。本专利技术的技术解决方案是ー种光学天线，其特殊之处在于所述光学天线是多个激光发射天线和多个接收天线均勻排列的阵列结构，所述阵列结构设置在弧面(半球面或球面)上，所述每个激光发射天线包含发射多模光纤与发射微透镜；接收天线包含接收多模光纤与接收微透镜；所述发射微透镜分别位于ー个接收微透镜的中心。上述系统包括依次连接的光发射机、光发射交換矩阵、光发射/接收天线阵列、光接收机；所述控制器分別与光发射机、光发射交換矩阵以及光接收机连接。上述光发射机包括LD激光器、调制器、数据接ロ、缓存区、消息产生模块和掺铒光纤放大器；所述数据接ロ、缓存区以及消息产生模块依次连接，所述消息产生模块与控制器连接；所述LD激光器、调制器以及掺铒光纤放大器依次连接，所述调制器与消息产生模块连接，所述掺铒光纤放大器与光发射交換矩阵连接。上述光交換矩阵包括与光发射机连接的输入端以及切換发送激光信号的输出单元，光交換矩阵包括多个光交換节点，每个光交換节点由微腔谐振器組成，该谐振器包含4 个输入\输出端，任意一个输入\输出端输入\输出激光信号，与光发射机连接的输入端通过光交換节点的交換，通过程序的控制将其输出到指定的ー个或多个输出端。上述光接收机包括光电ニ极管阵列，电流放大器，缓存区和用户接ロ ；所述光电ニ 极管阵列与光发射/接收天线连接；所述每个光电ニ极管表面周围有ー个光功率感应探头。上述控制器包括定时器、光功率检测模块、消息处理模块、发射控制模块和运算逻辑单元；光功率检测模块与运算逻辑单元连接，所述运算逻辑单元与消息处理模块连接，所述消息处理模块、运算逻辑单元分別与发射控制模块连接。一种光发射天线系统的波束控制方法，其特殊之处在于所述方法包括以下步骤1)主天线通过系统发射天线进行发射；具体步骤是1. 1)用户请求通过天线系统与从天线端用户进行通信；1. 2)设置光束宽度指数N为0 ；1. 3)天线扫描模块发送HELL0_N分组，进行ー轮天线扫描，得到能进行通信的区域；1.4)扫描完成后判断是否接收到控制消息al或a2，如果是，进行步骤1.5)；若否，则进行步骤1.7)；1.5)根据接收到的控制消息进行选择如果收到al，则将N的值加1 ；如果收到 a2，则将N的值减1 ；1.6)判断N的值是否在区间ぱ为天线单元的总个数)；如果是，则返回步骤1.3)，若否，通信结束。1. 7)判断是否接收到控制消息a3，如果是，则执行步骤1. 9)，否则，执行步骤 1.8)；1. 8)判断计时器是否超吋，如果是，则执行步骤1. 10)；否则，返回步骤1. 4)；1. 9)通信建立，进入跟踪模式；1. 10)执行发送端跟踪模块，根据通信光束的光功率以及质心位置的改变来改变光束的宽度和位置，通信断开或检测超时后通信终止。2)从天线通过系统接收天线进行捕获、对准以及跟踪过程；具体步骤是2. 1)系统启动，准备进入“捕获”、“对准”和“跟踪过程”；2.2)判断是否存在接收天线感光，即在ー个时钟周期内，是否存在接收天线単元光电ニ极管表面光功率大于Pt。如果是，则执行步骤2. 4)，否则执行步骤2. 3)；2.3)判断计时器是否超吋，如果是，则通信终止，否则，返回步骤2. 2)；2.4)执行接收天线捕获模块，对接收的光信号的消息进行检測，并存储与控制器中；2. 5)控制器确定初歩通信区域以及从天线收发天线单元坐标与主天线收发天线坐标的映射关系；2. 6)对于所有映射对应的光功率，判断是否存在光功率大于Pmax，如果是，则执行步骤2. 7)，否则执行步骤2. 8)；2. 7)控制器发送本地控制消息bl，返回步骤2. 2)；2. 8)判断是否所有映射所对应的功率的平均值在[Pt，Pfflin)范围内，如果是，执行步骤2. 9)，否则执行步骤2. 10)；2. 9)控制器向本地发送控制消息b2，返回步骤2. 2)；2. 10)控制器筛选映射中光功率最大的作为最终进行通信的映射，发送本地控制消息b3告知本地发送端；2. 11)通信已经建立，在接收功率最大的映射对应接收单元接收主天线发送的用户消息，执行接收端跟踪模块，根据每个时钟周期内光功率的改变以及质心位置的改变来调节光束大小和位置，直至天线之间无法建立连接；3)从天线通过系统发射天线进行捕获、对准以及跟踪过程；具体步骤是3. 1)系统启动，准备进入“捕获”、“对准”和“跟踪过程”；3.2)判断是否受到本地控制器发送的控制消息bl或は，如果是，则执行步骤 3. 3)，否则执行步骤3. 5)；3. 3)将天线模式设置为从模式；3. 4)根据收到的消息类型进行选择，如果收到bl，则天线扫描模块以原光束大小扫描发送REPLY_NNENLARGE消息给对应主天线的接收天线単元，告知主天线需要増大光束宽度；如果收到b2，则天线扫描模块以原光束大小扫描发送REPLY_N_CONTRACT消息给对应主天线的接收天线単元，告知主天线需要减小光束宽度，选择完成后返回步骤3. 2)；3. 5)判断是否受到本地发送控制消息b3，如果是，则执行步骤3. 7)，否则执行步骤 3. 6)；3.6)判断计时器是否超吋，如果是，则通信终止，否则，返回步骤3. 2)；3. 7)天线根据b3中的天线坐标发送REPLY_N_COMMUNICATE消息至主天线接收端， 告知主天线可以进行通信以及通信的具体光束大小和位置；3. 8)连接建立，可以发送从天线端用户信息给主天线端用户；3. 9)执行发送端跟踪模块，根据通信光束的光功率以及质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳鹏，王拓，黎倩男，顾华玺，易湘，鞠茂光，刘增基，王宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：