[发明专利]基于稳频激光器的相干无线激光通信系统、方法及接收机

权利要求书

1.一种基于稳频激光器的相干无线激光通信系统，其特征在于采用稳频激光器作为通信的发射光源和接收本振光源，包括发射机和接收机，其中，

所述发射机包括依次连接的信源模块、调制模块以及第一稳频激光器；所述信源模块用于产生待发送的数据，所述调制模块用于将所述信源模块的输出调制到所述第一稳频激光器输出激光上；

所述接收机包括光学混频模块、相干解调模块、激光链路瞄准捕获跟踪(APT)模块、发射机相对位置速度估计模块、接收机多普勒频偏估计模块和第二稳频激光器；其中，

所述光学混频模块、所述相干解调模块、所述第二稳频激光器依次连接，完成激光信号跟踪解调；并且

所述APT模块、所述发射机相对位置速度估计模块和所述接收机多普勒频偏估计模块的输入端依次连接，所述接收机多普勒频偏估计模块的输出端连接至与所述第二稳频激光器相连接。

2.根据权利要求1所述的相干无线激光通信系统，其特征在于，

所述相干解调模块包括：分别与所述光学混频模块相连接的残余频偏估计模块和鉴相器，所述鉴相器还连接有滤波器，所述残余频偏估计模块的输出端和所述滤波器的输出端均与所述第二稳频激光器相连接。

3.根据权利要求1所述的相干无线激光通信系统，其特征在于，

所述相干解调模块包括相连接的信道补偿模块、信道估计模块和残余频偏估计模块。

4.根据权利要求1所述的相干无线激光通信系统，其特征在于，

所述相干解调模块包括延迟模块、低通滤波模块和乘法器，其中，所述延迟模块的输出与所述乘法器相连，所述乘法器的输出与低通滤波器相连；并且，所述光学混频模块的输出分别与所述延迟模块的输入和所述乘法器的输入相连接。

5.一种接收机，其特征在于，

包括光学混频模块、相干解调模块、APT模块、发射机相对位置速度估计模块、接收机多普勒频偏估计模块和第二稳频激光器；其中，

所述光学混频模块、所述相干解调模块、所述第二稳频激光器依次连接组成光学锁相环，所述光学锁相环完成激光信号锁相跟踪解调；并且

所述APT模块、所述发射机相对位置速度估计模块和所述接收机多普勒频偏估计模块依次连接后，通过所述接收机多普勒频偏估计模块连接至所述第二稳频激光器。

6.一种基于权利要求1所述通信系统的相干无线激光通信方法，其特征在于，所述接收机依据如下步骤进行通信：

步骤一，将所述第二稳频激光器锁定在固定的频率基准上，输出固定频率的本振激光信号；

步骤二，所述APT模块开始建立激光链路，当链路建立成功后，所述发射机相对位置速度估计模块根据所述APT模块建立链路过程中所获得的观测信号，估计所述接收机和发射机的相对位置和速度；所述接收机多普勒频偏估计模块根据发射机相对位置速度信息估计接收光信号的多普勒频偏；

步骤三，所述第二稳频激光器切换到频率预置模式，将所述多普勒频偏置入第二稳频激光器的频率控制字，对所述步骤一中的本振激光信号进行初始频偏补偿，并保持补偿后的激光信号频率，进而完成激光信号的捕获；

步骤四，通过相位同步跟踪，由所述相干解调模块对捕获的激光信号进行解调。

7.根据权利要求6所述的相干无线激光通信方法，其特征在于，

所述步骤四中的相位同步跟踪为基于反馈的相干锁相跟踪算法，采用两轮频率补偿加相干解调的策略，具体为：初始频偏补偿结束后，相干解调模块对接收信号进行频偏估计，并将频偏估计结果置入第二稳频激光器进行残余频率补偿，将光学混频模块中输入信号的频偏控制在锁相环的快捕带内；所述光学锁相环控制所述第二稳频激光器对输入信号的相位进行锁相跟踪。

8.根据权利要求6所述的相干无线激光通信方法，其特征在于，

所述步骤四中的解调基于导频前馈方法对接收激光信号的相位进行相位跟踪，具体为：在发送数据中加入作为导频的辅助同步序列，接收机通过导频对光学混频模块中的输入信号进行同步；初始频偏补偿结束后，相干解调模块对接收信号频偏进行估计，并将频偏估计结果置入第二稳频激光器进行残余频率补偿；随后接收机利用导频对接收激光信号的时偏、相偏和频偏进行估计，根据时偏、相偏和频偏估计结果对光学混频模块中的输入信号进行前馈同步；同时，控制第二稳频激光器，对接收激光信号进行锁频控制。