基于无源光开关的空间激光通信转发系统的制作方法
基于无源光开关的空间激光通信转发系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间光通信领域，更具体的说是一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统。
【背景技术】
[0002]卫星通信可分为微波通信和光通信两种，它最为一种重要的通信手段，在现代社会军事和民用领域具有重要的作用。随着信息时代的高速发展，微波通信已经不能满足当前日益增长的对卫星通信带宽和容量以及高速通信的需求，另外，微波通信也无法满足特定用户对信息传输安全性的需求，因此急需寻求数据率高及安全性好的通信技术。
[0003]相比于微波通信，以激光作为信息载体的卫星激光光通信在以下方面具有微波通信不可比拟的优势:超高宽带、超高传输数据率，强抗干扰能力、难于被截获、安全性好、设备体积小、重量轻、功耗低、造价低、系统机动性能强、免无线电频率使用许可、易于扩容以及组网灵活等，因此已成为国际上主要大国发展的重点项目。然而卫星通信因其组网周期长、造价成本高等原因，在军事领域组网通信中，存在一定的缺陷性，如果我们用飞行器搭载空间转发系统，在空中只对地面信号进行优化，用光开关点对点或者广播式的进行数据转发，这样大大简化了空间系统，在不影响上述光通信的优势下，还能大大减少成本，加快军事作战组网速度，大大提高作战系统通信机动性。
[0004]综上所述，为了实现军事作战通信组网快速、抗干扰能力强，安全性能高，系统机动性能强，一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统应运而生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统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
?目Ο
[0006]本发明提供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；
[0007]其中地面光信号发射终端包括:
[0008]一光发射机，用于提供需要传输的信号光；
[0009]—对准系统，该系统由定位模块，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;该对准系统用于实现地-空精对准;该系统的入射端与光发射机的光出射端口相连；
[0010]一指令控制模块，用于控制对准系统，并发射微波信号；
[0011]空间转发系统包括:
[0012]—对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站对准系统的精确对准；
[0013]—光开关系统，用于实现光在空间站的转发；由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al和端口 a2出射:从端口 al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；
[0014]—对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站的精确对准;该对准系统有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；
[0015]—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；
[0016]地面光信号接收终端有七套完全相同结构的终端构成，包括:
[0017]一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与空间站对准系统的精确对准；
[0018]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对准系统对准后对应相连；
[0019]—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，确保对准系统与对准系统的精对准。
[0020]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明由于是空间光通信，该系统解决了微波传输的速率瓶颈，能够实现数据高速传输的要求；
[0022]本发明由于以激光作为信号的载体，该系统解决了数据的大容量以及安全性问题，能够传输大容量数据，保障数据不被截获；
[0023]本发明是将系统的大部分装置安放于地面，在空间载荷的飞行器上只放置几个无源光开关和对信号进行转发，大大降低了设备对于飞行器载荷以及功耗的要求；
[0024]本发明可以实现点对点通信，也可以实现广播式通信。
【附图说明】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照示附图，对本发明作进一步的详细说明，其中:
[0026]图1是本发明基于无源光开关的空间激光通信转发系统的示意图。
【具体实施方式】
[0027]请参阅图1所示，本发明提供一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统包括:
[0028]—光发射机1，用于提供需要传输的信号光，该光信号可以是数字信号，也可以是模拟信号，可以是高速信号，也可以是低速信号，可以是相干光信号，也可以是非相干光信号;光发射机所用光源的通信波长选择在大气窗口范围之内，所用的调制器可以是强度调制器，也可以是相位调制器；
[0029 ] 一对准系统2，该系统由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统的入射端与光发射机1的光出射端口相连；
[0030]—指令控制模块3，用于控制对准系统2，向指令控制模块6发送微波指令；由光发射机1、对准系统2和指令控制模块3构成了光信号发射终端；
[0031]一对准系统4，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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;该对准系统用于实现地-空精对准该光学天线包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统用于实现与地面站对准系统2的精确对准；
[0032]—光开关系统5，用于实现光在空间站的转发；由对准系统4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a，由指令控制模块6发出指令控制1*2光开关a，光可从端口 al和端口 a2出射:从端口 al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①，1*2光开关b和1*2光开关c的一臂相连，1*2光开关d和1*2光开关e的一臂相连，通过指令控制1*2光开关的开通臂，光可以从端口 E-1、端口 F-1、端口 Ο-? 、端口 H-1 出射， 也可以将端口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6发出指令控制4*4光开关，将光从端口 Β-1、端口 C-1或者端口 D-1出射，这样实现了从端口①的光，可以从端口 Β-1、端口 C-1、端口 D-1、端口 Ε-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 Η-1任意端口出射，这样实现 了点对点式转发;该光开关系统9是由一个4*4的光开关、5个1*2的光开关以及一个1*7光分路器(splitter)组成，也可以是n*n的光开关、多个个1*2的光开关以及l*n光分路器组成。光开关可以是MEMS光开关，也可以是机械光开关，还可以是基于液晶的光开关；
[0033]一对准系统6，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统的入射端口与光开关系统的出射端口 B-1 (C-1、D-1、E-1、F-1、G_1、H_1)相连；
[0034]一指令控制模块7，用于接收由指令控制模块3发出的微波信号，并向地面站指令控制模块9发送微波指令，同时控制对准系统4和7，以及控制光开关系统中各光开关的开关状态，是空间载荷的大脑；由对准系统4、7，光开关系统5和指令控制模块6构成了空间转发系统；
[0035]一对准系统8，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统用于实现与空间站对准系统6的精确对准；
[0036]—光接收机9，用于对光信息的放大、探测、接收、处理和解调；该光接收机与光发射机是对应匹配关系:光发射机用特定波段的光源，光接收机则对应该波段的器件，光发射机用特定调制方式，光接收机则对应相应的解调方式;其输入端口 B-2(C-2、D-2、E-2、F-2、G-2、H-2)与光开关出射端口 B-1 (C-1、D-1、E-1、F-1、G-1、H-1)端口经过对准系统4和8对应连接；
[0037]一指令控制模块10，该模块用于接收指令控制模块6发出的微波指令，控制对准系统8，确保对准系统8与对准系统7的精对准；由对准模块8、光接收机9和指令控制模块10构成了光信号接收终端；
[0038]该基于无源光开关的空间激光通信转发系统分三个部分，由光信号发射终端、空间转发系统以及光信号接收终端组成。光接收机1发射光信号，由指令控制模块3发射微波信号控制指令控制模块7，实现对准系统2和4的对准;对准后的光信号，将进入光开关系统，通过指令控制模块7，可实现两种转发状态，一种是点对点转发，一种是广播式转发，光开关系统的出射端将与各个对准系统相连，端口 B-1出射的光经过对准系统6和8之后，与光接收机的入射端口 B-2对应，端口 C-1、端口 D-1、端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 H-1出射的光同理与地面光接收机的入射端口 C-2、端口 D-2、端口 E-2、端口 F-2、端口 G-2、端口 H-2对应连接，回到光接收机的光，进行信号的放大、探测、接收、处理和解调，最终实现了地-空-地的通信转发。
[0039]以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【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； 一对准系统，该系统由定位模块，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;该对准系统用于实现地-空精对准;该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，用于控制对准系统，并发射微波信号； 空间转发系统包括: 一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站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al和端口 a2出射:从端口 al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 Η-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； 一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站的精确对准;该对准系统有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，包括: 一对准系统，该系统由定位模块，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，确保对准系统与对准系统的精对准。2.根据权利要求1基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光发射机提供的信号提供数字信号，或是模拟信号，所述信号是高速信号或是低速信号，所述信号是相干光信号或是非相干光信号;光发射机所用光源的通信波长选择在大气窗口范围之内，所用的调制器是强度调制器或是相位调制器。3.根据权利要求1基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中各对准系统中的定位模块、捕获跟踪瞄准系统和光学天线:定位模块用于对地面和空间载荷的定位，是基于GPS的定位模块，或是基于北斗系统的定位模块，用于自由空间光链路的粗对准;捕获跟踪瞄准系统用于实现空地天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;光学天线用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦耦合，该光学天线包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成。4.根据权利要求1所述的基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光开关系统是由一个4*4的光开关、5个1*2的光开关以及一个1*7光分路器组成，或是n*n的光开关、多个1*2的光开关以及l*n光分路器组成;该光开关是MEMS光开关或是机械光开关或是基于液晶的光开关。5.根据权利要求1所述的基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光接收机用于对光信息的放大、探测、接收、处理和解调;该光接收机与光发射机是对应匹配关系:光发射机用特定波段的光源，光接收机则对应该波段的器件，光发射机用特定调制方式，光接收机则对应相应的解调方式。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H04B10/50, H04B7/185
【公开号】CN105490727
【申请号】CN201510836271
【发明人】刘建国, 梅海阔, 刘大畅, 谭俊, 陈伟, 祝宁华
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
【技术领域】
[0001]本发明属于空间光通信领域，更具体的说是一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统。
【背景技术】
[0002]卫星通信可分为微波通信和光通信两种，它最为一种重要的通信手段，在现代社会军事和民用领域具有重要的作用。随着信息时代的高速发展，微波通信已经不能满足当前日益增长的对卫星通信带宽和容量以及高速通信的需求，另外，微波通信也无法满足特定用户对信息传输安全性的需求，因此急需寻求数据率高及安全性好的通信技术。
[0003]相比于微波通信，以激光作为信息载体的卫星激光光通信在以下方面具有微波通信不可比拟的优势:超高宽带、超高传输数据率，强抗干扰能力、难于被截获、安全性好、设备体积小、重量轻、功耗低、造价低、系统机动性能强、免无线电频率使用许可、易于扩容以及组网灵活等，因此已成为国际上主要大国发展的重点项目。然而卫星通信因其组网周期长、造价成本高等原因，在军事领域组网通信中，存在一定的缺陷性，如果我们用飞行器搭载空间转发系统，在空中只对地面信号进行优化，用光开关点对点或者广播式的进行数据转发，这样大大简化了空间系统，在不影响上述光通信的优势下，还能大大减少成本，加快军事作战组网速度，大大提高作战系统通信机动性。
[0004]综上所述，为了实现军事作战通信组网快速、抗干扰能力强，安全性能高，系统机动性能强，一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统应运而生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统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
?目Ο
[0006]本发明提供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；
[0007]其中地面光信号发射终端包括:
[0008]一光发射机，用于提供需要传输的信号光；
[0009]—对准系统，该系统由定位模块，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;该对准系统用于实现地-空精对准;该系统的入射端与光发射机的光出射端口相连；
[0010]一指令控制模块，用于控制对准系统，并发射微波信号；
[0011]空间转发系统包括:
[0012]—对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站对准系统的精确对准；
[0013]—光开关系统，用于实现光在空间站的转发；由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al和端口 a2出射:从端口 al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；
[0014]—对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站的精确对准;该对准系统有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；
[0015]—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；
[0016]地面光信号接收终端有七套完全相同结构的终端构成，包括:
[0017]一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与空间站对准系统的精确对准；
[0018]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对准系统对准后对应相连；
[0019]—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，确保对准系统与对准系统的精对准。
[0020]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明由于是空间光通信，该系统解决了微波传输的速率瓶颈，能够实现数据高速传输的要求；
[0022]本发明由于以激光作为信号的载体，该系统解决了数据的大容量以及安全性问题，能够传输大容量数据，保障数据不被截获；
[0023]本发明是将系统的大部分装置安放于地面，在空间载荷的飞行器上只放置几个无源光开关和对信号进行转发，大大降低了设备对于飞行器载荷以及功耗的要求；
[0024]本发明可以实现点对点通信，也可以实现广播式通信。
【附图说明】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照示附图，对本发明作进一步的详细说明，其中:
[0026]图1是本发明基于无源光开关的空间激光通信转发系统的示意图。
【具体实施方式】
[0027]请参阅图1所示，本发明提供一种基于无源光开关的空间激光通信转发系统，该系统包括:
[0028]—光发射机1，用于提供需要传输的信号光，该光信号可以是数字信号，也可以是模拟信号，可以是高速信号，也可以是低速信号，可以是相干光信号，也可以是非相干光信号;光发射机所用光源的通信波长选择在大气窗口范围之内，所用的调制器可以是强度调制器，也可以是相位调制器；
[0029 ] 一对准系统2，该系统由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统的入射端与光发射机1的光出射端口相连；
[0030]—指令控制模块3，用于控制对准系统2，向指令控制模块6发送微波指令；由光发射机1、对准系统2和指令控制模块3构成了光信号发射终端；
[0031]一对准系统4，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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;该对准系统用于实现地-空精对准该光学天线包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统用于实现与地面站对准系统2的精确对准；
[0032]—光开关系统5，用于实现光在空间站的转发；由对准系统4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a，由指令控制模块6发出指令控制1*2光开关a，光可从端口 al和端口 a2出射:从端口 al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①，1*2光开关b和1*2光开关c的一臂相连，1*2光开关d和1*2光开关e的一臂相连，通过指令控制1*2光开关的开通臂，光可以从端口 E-1、端口 F-1、端口 Ο-? 、端口 H-1 出射， 也可以将端口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6发出指令控制4*4光开关，将光从端口 Β-1、端口 C-1或者端口 D-1出射，这样实现了从端口①的光，可以从端口 Β-1、端口 C-1、端口 D-1、端口 Ε-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 Η-1任意端口出射，这样实现 了点对点式转发;该光开关系统9是由一个4*4的光开关、5个1*2的光开关以及一个1*7光分路器(splitter)组成，也可以是n*n的光开关、多个个1*2的光开关以及l*n光分路器组成。光开关可以是MEMS光开关，也可以是机械光开关，还可以是基于液晶的光开关；
[0033]一对准系统6，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统的入射端口与光开关系统的出射端口 B-1 (C-1、D-1、E-1、F-1、G_1、H_1)相连；
[0034]一指令控制模块7，用于接收由指令控制模块3发出的微波信号，并向地面站指令控制模块9发送微波指令，同时控制对准系统4和7，以及控制光开关系统中各光开关的开关状态，是空间载荷的大脑；由对准系统4、7，光开关系统5和指令控制模块6构成了空间转发系统；
[0035]一对准系统8，该系统与对准系统2相同，由定位模块，捕获跟踪瞄准(ATP)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，可以是基于GPS的定位模块，也可以是基于北斗系统的定位模块;捕获跟踪瞄准(ATP)系统用于对空间光学天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;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，包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成;该系统用于实现与空间站对准系统6的精确对准；
[0036]—光接收机9，用于对光信息的放大、探测、接收、处理和解调；该光接收机与光发射机是对应匹配关系:光发射机用特定波段的光源，光接收机则对应该波段的器件，光发射机用特定调制方式，光接收机则对应相应的解调方式;其输入端口 B-2(C-2、D-2、E-2、F-2、G-2、H-2)与光开关出射端口 B-1 (C-1、D-1、E-1、F-1、G-1、H-1)端口经过对准系统4和8对应连接；
[0037]一指令控制模块10，该模块用于接收指令控制模块6发出的微波指令，控制对准系统8，确保对准系统8与对准系统7的精对准；由对准模块8、光接收机9和指令控制模块10构成了光信号接收终端；
[0038]该基于无源光开关的空间激光通信转发系统分三个部分，由光信号发射终端、空间转发系统以及光信号接收终端组成。光接收机1发射光信号，由指令控制模块3发射微波信号控制指令控制模块7，实现对准系统2和4的对准;对准后的光信号，将进入光开关系统，通过指令控制模块7，可实现两种转发状态，一种是点对点转发，一种是广播式转发，光开关系统的出射端将与各个对准系统相连，端口 B-1出射的光经过对准系统6和8之后，与光接收机的入射端口 B-2对应，端口 C-1、端口 D-1、端口 E-1、端口 F-1、端口 G-1、端口 H-1出射的光同理与地面光接收机的入射端口 C-2、端口 D-2、端口 E-2、端口 F-2、端口 G-2、端口 H-2对应连接，回到光接收机的光，进行信号的放大、探测、接收、处理和解调，最终实现了地-空-地的通信转发。
[0039]以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【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； 一对准系统，该系统由定位模块，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;该对准系统用于实现地-空精对准;该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，用于控制对准系统，并发射微波信号； 空间转发系统包括: 一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站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al和端口 a2出射:从端口 al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 Η-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； 一对准系统，该系统由定位模块，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;该系统用于实现与地面站的精确对准;该对准系统有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，包括: 一对准系统，该系统由定位模块，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，确保对准系统与对准系统的精对准。2.根据权利要求1基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光发射机提供的信号提供数字信号，或是模拟信号，所述信号是高速信号或是低速信号，所述信号是相干光信号或是非相干光信号;光发射机所用光源的通信波长选择在大气窗口范围之内，所用的调制器是强度调制器或是相位调制器。3.根据权利要求1基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中各对准系统中的定位模块、捕获跟踪瞄准系统和光学天线:定位模块用于对地面和空间载荷的定位，是基于GPS的定位模块，或是基于北斗系统的定位模块，用于自由空间光链路的粗对准;捕获跟踪瞄准系统用于实现空地天线的动态跟踪与瞄准，包括粗瞄准装置、精瞄准装置、提前瞄准装置、控制及传感器电子学系统，它是由指令控制模块控制;光学天线用于对发射光的平行扩束发射和对接收光的聚焦耦合，该光学天线包括一个透镜系统和一个准直系统，精确实时转动的转台构成。4.根据权利要求1所述的基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光开关系统是由一个4*4的光开关、5个1*2的光开关以及一个1*7光分路器组成，或是n*n的光开关、多个1*2的光开关以及l*n光分路器组成;该光开关是MEMS光开关或是机械光开关或是基于液晶的光开关。5.根据权利要求1所述的基于无源光开关的空间激光通信转发系统，其中光接收机用于对光信息的放大、探测、接收、处理和解调;该光接收机与光发射机是对应匹配关系:光发射机用特定波段的光源，光接收机则对应该波段的器件，光发射机用特定调制方式，光接收机则对应相应的解调方式。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H04B10/50, H04B7/185
【公开号】CN105490727
【申请号】CN201510836271
【发明人】刘建国, 梅海阔, 刘大畅, 谭俊, 陈伟, 祝宁华
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月26日
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