一種快速對準的遠距離激光大氣通信接收裝置及通信方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光通信技術領域，主要涉及一種激光通信接收系統，尤其涉及一種快速對準的遠距離激光大氣通信接收裝置及通信方法。
【背景技術】
[0002]大氣激光通信是以激光為載波光信號，利用大氣作為傳輸介質，進行語音、數據、圖像等信息的點對點的雙向傳輸，它主要包括發射和接收兩部分。大氣激光通信設備具有適用環境機動性好、抗電磁干擾能力強、通信可靠性高、隱蔽性好、安裝便捷、使用方便等特點，己成為當今通信網不可或缺的技術，而且具有較大的發展空間。激光通信機在工程技術領域的應用具有很大的潛力，尤其在微波通信被干擾、光纖通信出現故障的環境下的應急搶通及復雜地形下的緊急保密通信。在無線電靜默期間的短距離通信或保密通信，在海岸與海岸之間、島嶼之間建立固定通信；在現場與指揮中心之間臨時建立通信；在移動物之間實現激光通信，如衛星、民用飛機、船艦之間的信息交流，可在一定的視距范圍內有效地實現全天候的通信。
[0003]在建立通信過程中，對準、捕獲和跟蹤是大氣激光通信中建立通信和維持通信的關鍵技術。現有的大氣激光通信接收裝置，在實際應用過程中存在一個接收對準的問題。為提高功率密度，其發射和接收視場角都很小，激光狹窄的光束對準確的接收有很高的要求。通常采用瞄準鏡進行瞄準，既花費了大量的時間，也無法做到精確對準，降低了工作效率。另外，采用光斑跟蹤器進行瞄準的方式雖然可行，但無法和大氣激光通信接收機共光軸，仍無法實現精確對準問題，而且雙系統的運用增加了成本、體積和重量，并不是一個最佳方案。
【發明內容】
[0004]為突破大氣激光通信接收對準問題，本發明提供了一種能夠快速對準的大氣激光通信接收裝置及通信方法。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]所述一種能夠快速對準的大氣激光通信接收裝置，其特征在于:包括激光光學接收組件、激光通信光電探測器、激光通信接收組件、激光對準光電探測器組件、光斑對準信號處理組件、電機控制系統、伺服系統；激光接收組件由接收光學天線和四棱鏡組成，接收光學天線包括聚焦物鏡和補償透鏡，補償透鏡處于聚焦物鏡的離焦位置；四棱鏡為具有錐臺結構的四個側面對稱的同步轉向分光棱鏡，四棱鏡的四個側面上鍍有反射膜，四棱鏡中心開有垂直于底面的中心通孔；接收光學天線、四棱鏡中心通孔與激光通信光電探測器共光軸，電機控制系統能夠帶動補償透鏡沿光軸方向運動，激光通信光電探測器輸出信號至激光通信接收組件；激光對準光電探測器組件包括四個完全相同的激光對準光電探測器；四個激光對準光電探測器分別處于四棱鏡四個側面的分光光路上，激光對準光電探測器組件輸出信號至光斑對準信號處理組件，伺服系統根據光斑對準信號處理組件的控制信號帶動整個大氣激光通信接收裝置進行方位調整。
[0007]所述一種能夠快速對準的大氣激光通信接收裝置，其特征在于:激光通信光電探測器采用APD探測器，激光對準光電探測器采用PIN探測器。
[0008]所述一種使用上述能夠快速對準的大氣激光通信接收裝置進行大氣激光通信接收的方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0009]步驟1:對準階段:
[0010]當有通信激光信號進入大氣激光通信接收裝置的接收視場時，進行對準操作:通信激光信號經過接收光學天線，接收光學天線輸出的光斑落在四棱鏡的四個側面或三個側面上，并經過反射分別進入對應的激光對準光電探測器中，根據激光對準光電探測器接收的光強度信號進行位置解算，并根據解算結果控制伺服系統調整大氣激光通信接收裝置，使通信激光信號以平行于接收光學天線光軸的方向進入接收光學天線；
[0011]步驟2:通信階段:
[0012]通過電機控制系統調整補償透鏡位置，使接收光學天線輸出的光斑尺寸變小，光斑全部進入四棱鏡的中心通孔，并從四棱鏡的中心通孔直接進入激光通信光電探測器，激光通信光電探測器輸出信號經過激光通信接收組件放大及信號解調，實現激光通信功能。
[0013]有益效果
[0014]本發明的整體技術效果體現在以下幾個方面。
[0015](一)在本發明的接收光學組件中，運用一個中心有小孔的四棱鏡實現了對準和激光通信接收的兩個功能，該方案的優點是:(I)實現了對準與激光通信接收共光路，提高了對準的精度；(2)通過四棱鏡的分光原理，產生了四組光束，經探測接收后可進行光斑位置解算及對準功能；中心的小孔可作為激光通信接收的光路，因此，只運用了一套光學系統實現了對準和通信接收兩個功能；(3)對準與接收共光路的實現，將原來兩個分立的系統融合成了一個系統，既增加了系統的靈活性，也減小了系統的體積和重量。
[0016]( 二 )本發明利用電機帶動激光接收天線的補償透鏡前后移動，使像面位置發生移動，改變了入射光的像面尺寸大小，像面尺寸大時進行光斑跟蹤捕獲，實現對準功能；像面尺寸小時進行大氣激光通信，有效地實現了對準與激光信息接收之間不同光束的切換。
[0017](三)本發明將對準與激光通信接收裝置共用一組光學組件，通過伺服系統來實現目標的實時對準、捕獲和跟蹤功能，使操作更加靈活方便。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明快速對準大氣激光通信接收裝置結構組成示意圖。
[0019]圖2是圖1中激光傳輸接收光路示意圖。
[0020]圖3是圖2中四棱鏡結構用于激光對準光路示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及優選實施例對本發明作進一步的詳述。
[0022]如圖1所示，本實施例中的快速對準大氣激光通信接收裝主要包括激光接收光學組件1、APD探測器4、激光通信接收組件5、PIN探測器組件6、光斑對準信號處理組件7、電機控制系統8、伺服系統9。激光接收組件I由接收光學天線2和四棱鏡3組成，接收光學天線2包括聚焦物鏡10和補償透鏡11，補償透鏡處于聚焦物鏡的離焦位置。四棱鏡3為具有錐臺結構的四個側面對稱的