[发明专利]一种兼容微波、激光和量子通信的星载集成通信系统

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种卫星集成通信系统。

背景技术

卫星通信是现代通信的主要方式之一，在民用、军事和航天科技中拥有重要的作用。传统的卫星微波通信频段资源已经十分紧张，而对卫星通信速率的要求却又在不断地提高，并对通信系统的体积、重量和功耗等提出了更加严格的限制，迫切需要发展更高频段的卫星激光通信技术。同时，由于卫星量子通信具有绝对保密安全的特点，成为目前国际研究的热点。目前，国际上多个国家已经开始研制卫星激光通信系统和卫星量子通信系统，并开展相关卫星通信的试验研究。

与卫星微波通信相比，卫星激光通信在通信速率、系统体积、重量、功耗、通信距离等诸方面都表现出了很大的优势，但在星地通信链路中，受大气运动及天气条件的影响，星地激光通信的可用性与稳定性不及微波通信，因此通常是卫星微波通信与卫星激光通信并用，且两者在卫星搭载平台上设计为独立的卫星载荷。同时，虽然卫星量子通信的本质是激光通信，但其与经典的激光通信存有差别，即量子通信的载波是经过编码和调制的单光子信号，而激光通信的载波是经过编码和调制的激光信号，两者在调制和接收等实现方法和装置上均不同。因此，现有的星载激光通信系统和量子通信系统也设计为独立的卫星载荷。

随着卫星通信技术的不断发展，采用卫星激光通信构建天基宽带通信网络与采用卫星量子通信构建天基广域通信网络已经成为卫星通信技术的主要发展趋势，同时兼顾卫星微波通信的优势，卫星微波通信仍是星地通信不可完全替代的通信方式。因此，对卫星通信系统提出了可以兼容微波通信、激光通信和量子通信三种通信方式的需求，而如何实现微波通信、激光通信和量子通信系统和功能的集成统一成为亟需解决的关键问题。

公开号为CN102195717A的中国专利公开了一种兼容激光通信的量子通信系统，可同时进行星地激光通信和量子通信；但是其并未集成微波通信系统，此时微波通信系统与量子通信系统仍旧独立设计，系统的集成度不高，体积、重量和功耗较大。公开号为CN103117803A的中国专利公开了一种星载微波与激光通信链路的集成系统及应用方法，但在功能上未能实现量子通信，没有解决星载系统对量子通信功能的继承性和集成性；同时，在其发明内容中激光通信采用内调制方式，使得光学信号的调制速率和信号的调制精度严重受限，不利于信息的高速传输；在激光通信链路中采用收发分配激光波长，系统的复杂度高。因此，虽然以上两种技术方案虽然都实现了一个星载通信终端具有两种功能的系统集成，但是并没有彻底解决星载微波通信、激光通信和量子通信三种通信功能及系统集成化的缺陷。

受空间搭载条件的限制，星载平台对通信设备的集成化和多工作模式化的需求不断增加，以有效降低对体积、重量和功耗的要求，并提高系统的性价比和兼容性，保证系统功能的继承性。因此，星载通信系统对微波通信、激光通信和量子通信三种通信功能及系统集成化的需求十分迫切。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、体积小、重量轻、功耗低，并且一个通信终端可同时实现三种通信功能的星载通信集成系统，从而彻底解决星载微波通信、激光通信和量子通信三种通信功能及系统集成化的问题。

本发明的技术解决方案是：一种兼容微波、激光和量子通信的星载集成通信系统，包括光学天线、分色镜、量子通信滤光器、量子通信准直耦合透镜、量子通信模块、偏振分光器、激光通信准直透镜、光放大模块、电光调制模块、起偏器、激光器、激光通信滤光器、激光通信耦合透镜、激光接收模块、微波调制解调模块、微波天线、电放大模块和多工器，其中：

量子通信时：空间的量子信号经光学天线接收后进入分色镜，分色镜将量子通信信号所处波段的光反射至量子通信滤光器，经量子通信滤光器滤除杂散光后被量子通信准直耦合透镜耦合进量子通信模块，由量子通信模块完成对量子通信信号的解调解码；当发送量子信号时，由量子通信模块发出单光子信号，单光子信号经过量子通信准直耦合透镜入射至分色镜，并被分色镜反射至光学天线后向空间辐射；

微波通信时：空间的微波信号经微波天线接收，经由电放大模块放大后到达多工器并由多工器分配至微波调制解调模块实现微波信号的接收；当发送微波信号时，由微波调制解调模块输出微波信号，经由多工器分配至电放大模块放大后，由微波天线向空间辐射；