[发明专利]光束跟踪系统及其操作方法

说明书

一种方法包括从多轴位置感测检测器(510)接收轴信号(520，530，540，550)，通过对轴信号求和产生参考信号(660)，基于多轴位置感测检测器的每个轴的波束位置误差(780，790)确定引导光束的镜(880)的镜位置，并致动镜移动到镜位置。每个轴信号指示入射在多轴位置感测检测器上的光束的波束位置(122)，每个轴信号对应于多轴位置感测检测器的轴。对于每个轴，该方法包括将轴的相位转换为与轴的信号具有90度的相位差，通过对轴信号求和产生轴相量信号(640，650)，并且将轴相量信号和参考信号进行比较以确定相位差。

技术领域

本公开涉及相敏波束跟踪系统。

背景技术

通信网络是用于接收信息(信号)并将信息发送到目的地的大型分布式系统。在过去的几十年中，对通信接入的需求急剧增加。尽管传统的有线和光纤陆线、蜂窝网络和地球静止卫星系统不断增加以适应需求的增长，但是现有通信基础设施仍然不够大，无法满足增长需求。通信网络可以通过使用光通信波束来寻求改善带宽和传输范围。由于闪烁和指向误差，在地球上使用自由空间光通信波束可能是有问题的。闪烁可能是由大气湍流和波束大小引起的。指向误差包括静态和动态的抖动、不对准、建筑摇摆和振动、平台运动和振动、热膨胀等。由这些指向误差引起的快速变化可能引起对高精度，高速波束跟踪系统的需求。

发明内容

本公开描述了一种跟踪系统，其可以将传统上需要通过模拟或数字划分解决的归一化的高动态幅度驱动的差分模拟信号处理问题转换成可以使用数字电子设备轻松测量的相位/定时问题。在这样做时，消除了由划分产生的许多误差。特别地，本文描述的方法和系统可以在位置传感器上测量位置，其涉及精确测量两个信号的比率低至0.1％，同时信号的幅度改变许多数量级。

本公开的一方面提供了一种操作用于通信波束的波束跟踪系统方法。所述方法包括：在信号处理硬件处从多轴位置感测检测器接收轴信号；并且由信号处理硬件通过对轴信号求和，产生参考信号。所述方法还包括由信号处理硬件基于多轴位置感测检测器的每个轴的波束位置误差确定引导光束的镜的镜位置；以及由信号处理硬件致动镜以移动到镜位置。每个轴信号指示入射在多轴位置感测检测器上的光束的波束位置。此外，每个轴信号对应于多轴位置感测检测器的轴。对于多轴位置感测检测器的每个轴，所述方法包括：i)由信号处理硬件将轴的第一轴信号的相位转换为与轴的第二轴信号具有90度的相位差；ii)由信号处理硬件通过对第一和第二轴信号求和，产生轴相量信号；iii)由信号处理硬件将轴相量信号和参考信号进行比较以确定相位差。轴相量信号具有映射到光束的波束位置的角度。相位差沿多轴位置感测检测器上的相应轴映射到波束位置误差。

本公开的实现方式可以包括下面可选特征的一个或多个。在一些实现方式中，所述方法包括在信号处理硬件处接收多轴位置感测检测器的每个轴的光电流；以及由信号处理硬件的至少一个跨阻抗放大器将光电流转换成对应的轴信号，每个轴信号是电压信号。每个光电流可以具有取决于光束的波束功率和波束位置的幅度。所述方法可以包括使用信号处理硬件的至少一个单极或多极滤波器对每个轴信号进行高通滤波。所述方法还可以包括：使用信号处理硬件的至少一个单极或多极滤波器对每个轴相量信号进行低通滤波。在一些示例中，所述方法包括通过信号处理硬件的至少一个限幅放大器将每个轴相量信号和参考信号修改为每个表示对应的对数增益。

在一些实现方式中，所述方法包括由信号处理硬件的至少一个比较器对修改的轴相量信号和修改的参考信号进行滤波，以对修改的轴相量信号和修改的参考信号的每一个执行边缘检测。所述方法还可以包括由信号处理硬件将参考信号同步到信号处理硬件的参考时钟。所述方法还可以包括使用信号处理硬件的数字电位计修整参考信号的频率，以考虑任何模拟设备的等待时间和相移。所述方法还可以包括由信号处理硬件的闭环控制器(例如，比例-积分-微分(PID)控制器)基于多轴位置感测检测器的至少一个轴的波束位置误差、考虑镜位置的变化率来确定镜位置。所述方法还可以包括由与控制器通信的陷波滤波器来滤波镜位置以衰减目标频率。