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美军研发红外激光系统 解析国内外激光通信技术发展趋势

  1、系统及其关键技术

  1.1.系统基本组成

  为了实现空间光传输与ATP(acquisition tracking pointing)技术, 通常需要信号光与信标光。一般的卫星间光通信系统由以下4 部分组成, 其主要部件如图1 所示。

  (1)光天线伺服平台

  包括天线平台及伺服机构, 由计算机控制。在捕获阶段完成捕获扫描, 系统处于按预设指令工作状态, 将光束导引到粗定位接收视场, 从而完成光束捕获。在跟踪、定位阶段,根据跟踪探测器获得的误差信号, 经处理后送到伺服执行机构, 构成一个负反馈闭环系统, 完成精定位。对于运动载体上的光通信系统, 为了减小各种扰动误差影响, 还需要增加陀螺控制回路。

  (2)误差检测器

  包括光天线及光电探测器。光电探测器一般由捕获探测器和定位探测器两部分组成。捕获探测器完成捕获与粗跟踪, 并将接收到的光信号引导到定位探测器上, 进行精定位,最后调整收发端, 使光束对准。

  (3)控制计算机

  控制计算机包括中心控制处理器与输入、输出接口设备。控制计算机可以接收卫星控制指令, 控制天线伺服平台粗对准光链路的连接方向。捕获阶段可以由预定的程序控制光束扫描和捕获。在跟踪阶段, 计算机对误差信号进行计算,并实时地输出信号控制天线伺服平台的粗、精跟踪, 完成光束的对准。

  (4)光学平台

  收发端机的功能是探测对方发来的信标光, 确定信标光方位, 给出误差信号使ATP 系统校正接收天线的方位, 完成双方光天线的粗对准。在天线已粗对准的情况下, 探测双方发来的信号光, 并利用信号光在4 象限探测器上的坐标, 提供方位误差信号给ATP 单元完成双方天线的精对准和跟踪任务。探测对方发来的信号光, 通过放大、解调等电处理, 完成通信任务。

  卫星激光通信系统是在自由空间中利用激光作为信息传输的载体。光束传播过程中发散角很小, 所以光束的对准是十分困难, 尤其是作为运动卫星间的光通信, 完成收发光束的捕获、跟踪、瞄准就成为自由空间激光通信最关键的技术。以上所谈系统只是理论分析, 对实际应用国内还有一段很长的路要走。

  1.2.关键技术

  在卫星激光通信系统中要实现信号的发送接收, 以及光束的精对准, 通常都需要信标光与信号光来共同完成。信号在星间传输系统中有以下关键技术。

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