[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

说明书

技术领域

本发明相干光通信技术领域，尤其涉及一种基于稳频激光器的相干无线激光通信系统、方法及接收机。

背景技术

相干光通信要求本振激光和接收激光信号严格频率或相位同步。在无线激光移动通信系统中，例如卫星光通信，由于收发机之间具有较大相对运动速度，将造成接收到的激光信号出现较大的多普勒频偏以及频偏变化速度，在这种情况下多普勒频移是无线激光通信不可忽视的一个问题。由于锁相环的捕获时间与频偏的平方成正比，如果采用自然捕获法，当频偏很大时，需要经过很长时间锁相环才能入锁。

为了缩短捕获时间，可以采用扫频模块来辅助捕捉，即当锁相环没有锁定时，通过对本振激光器外加一个扫描电压，使得本振激光器的频率在较大范围内进行扫描。当本振激光器频率与接收光频率相近时，环路将快速锁定，这时停止扫描，环路继续保持锁定。虽然扫频加锁相环方案的捕获速度比单纯采用锁相环的方案有了较大提高，但该方案由于对接收激光信号的多普勒频偏无法进行预判，因而在扫频时必须遍历所有可能的多普勒频偏值。在接收激光信号多普勒频偏较大的情况下，所需扫描的频点较多，因而频率捕获时间依然较大。

发明内容

为了克服大多普勒动态条件下的激光信号同步问题，本发明的目的是提供一种新型相干无线激光通信系统及方法，以在快变信道系统中快速捕获跟踪大多普勒频移的激光信号。

一方面，本发明公开了一种基于稳频激光器的相干无线激光通信系统，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，所述调制模块用于负责将所述信源模块的输出调制到所述第一稳频激光器上；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。

上述相干无线激光通信系统中，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。

上述相干无线激光通信系统中，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。

上述相干无线激光通信系统中，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。

第二方面，本发明还公开了一种用于相干无线激光通信的接收机，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。

第三方面，本发明还公开了一种基于上述通信系统的相干无线激光通信方法，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。