[发明专利]空间光通信的相干跟踪及视轴误差补偿系统

说明书

本发明公开了一种应用于空间光通信的相干跟踪及视轴误差补偿系统，解决了现有跟踪补偿系统电路复杂性高，探测灵敏度低，系统脆弱及硬件要求难以实现等问题。包括：光路单元、探测单元、信息处理与控制单元；其中，利用光路单元为接收到的信号光施以规则的周期运动，再通过探测单元实现相干探测，最后信息处理与控制单元估计信号光视轴误差，进而反馈到光路系统进行补偿。本发明有效降低了信号光随机抖动对相干探测效率的影响，提高了空间光相干通信的灵敏度与精度，简化了系统结构，适用于高精度空间光通信领域。

技术领域

本发明涉及空间光通信技术领域，更具体的说是涉及一种用于补偿由于激光抖动而造成的相干探测误差的空间光通信的相干跟踪及视轴误差补偿系统。

背景技术

空间光(FSO)通信由于其高数据速率已经成为卫星通信的主要技术趋势。相干通信具有较高的接收灵敏度和对太阳的免疫能力，是长距离高数据速率光链路的首选链接。目前许多光通信系统都基于相干技术，相干终端往往采用相干跟踪技术，相干跟踪技术不受背景光的影响，由于相干性质，噪声等效角(NEA)小于非相干跟踪技术。

目前，相干跟踪主要方案有：

光二元探测器相干跟踪方案：通过将平衡探测通信光信号的两个探测器分别用一条方向相互正交的直线死区分为两半而得到二元探测器，以计算归一化相干信号差的方式分别测量绕方位和俯仰轴的信号光视轴误差。由于探测单元的增加及信号运算的需要，导致后续电路较为复杂；两个探测器单元带来更大的噪声；探测器单元的死区造成约为0.46dB的损耗。

光纤章动相干跟踪方案：通过同步解调光纤章动运动方向和耦合进入光纤的信号光的相干接收信号的包络起伏来获取信号光视轴误差。由于耦合进入光纤的空间光束与光纤导波模式存在差异，耦合效率存在理论损失约0.86dB，加之由章动引入的耦合效率损耗，通信接收灵敏度衰退在1dB以上。此外，光纤作为章动器件可靠性较差，容易因为材料疲劳而断裂，并且光纤器件在太空环境中使用还面临防护加固等问题，在体积质量方面处在劣势。

本振光章动相干跟踪方案：利用快速反射镜使得本振光做章动运动，根据相干信号的输出包络获取信号光视轴误差。这种方式会引入一个快速反射镜系统为本振光提供章动和一个快速反射镜系统为信号光补偿抖动而带来较大的额外系统噪声，并且对快速反射镜的谐振频率要求较高。

因此，如何更好的降低相干跟踪的系统误差，提高相干探测精度，提供一种结构简单、切实可靠的相干跟踪及误差补偿系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明利用信号光规则运动的方式来计算并补偿跟踪误差，用一个快速反射镜完成信号光的章动和补偿两个功能，从而降低对快速反射镜的谐振频率要求，减小探测系统误差。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空间光通信的相干跟踪及视轴误差补偿系统，包括光路单元、探测单元、信息处理与控制单元；

所述光路单元包括激光器、快速反射镜、合束镜、聚焦透镜；

所述探测单元包括相干探测模块、与所述相干探测模块连接的低频放大器；

所述信息处理与控制单元包括与所述低频放大器依次连接的信息处理模块、伺服控制系统；

信号光通过所述快速反射镜上的镜片发生反射，同时所述伺服控制系统控制所述快速反射镜进行周期运动；所述激光器发射本振激光，本振激光和信号光一起通过合束镜；经过合束的合束光透过所述聚焦透镜照射在所述相干探测模块上；所述相干探测模块输出的电流经过所述低频放大器放大后传输至所述信息处理模块；所述伺服控制系统接收经所述信息处理模块处理得到的视轴误差补偿信息再控制所述快速反射镜进行补偿。

其中，信号光在所述快速反射镜的周期运动下不需要做完整的章动运动，在视轴抖动误差补偿过程中只取章动轨迹的四个对称点，从而降低对快速反射镜的谐振频率要求，减小探测系统误差。