[发明专利]一种超宽带激光通信测距一体化装置及方法

说明书

本发明公开的一种超宽带激光通信测距一体化装置及方法，属于激光通信和激光测距技术领域。本发明的装置包括：上位机显示与控制模块、超宽带信号产生模块、上行激光发射组件、上行激光接收组件、上行信号采集与时钟恢复模块、信号转发模块、下行激光发射组件、下行激光接收组件、下行信号采集与捕获跟踪模块、测距信息处理模块和通信解调模块。本发明基于脉冲位置调制方式，利用脉冲的相对位置传递通信数据，无需正弦载波，直接发射纳秒级的超窄脉冲，频谱利用率高，极窄的脉冲宽度可获得高时间分辨率，显著提高激光测距精度。本发明还能够有效降低平均发射功率，适应超远距离的深空探测激光通信测距一体化应用。

技术领域

本发明涉及一种超宽带激光通信测距一体化装置及方法，属于激光通信和激光测距技术领域。

背景技术

激光通信测距一体化系统是指利用激光作为信息载体，将空间激光通信技术与激光测距技术结合，实现地面站与飞行器(如卫星、深空探测器等)之间互相通信、并准确测量飞行器轨迹的一体化系统，在未来卫星通信、深空探测领域具有巨大的潜在效益和广阔的应用前景。

现有窄带激光通信测距一体化系统基于开关键控调制方式，通过每个比特时间内光信号的有无表示信息，数据传输速率低，所需平均发射功率高，测距精度有限。

随着飞行器在通信容量、定位精度等方面的要求不断提高，通信容量需求从百兆发展到几十Gbps、甚至上百Gbps，激光测距精度从最初的米级提高到分米级、厘米级，正向毫米级发展，现有窄带激光通信测距一体化技术逐渐不能适应大容量通信、毫米级高测距精度、深空探测等任务要求。因此，需要设计一种既能够满足地面站与飞行器之间海量数据传输要求，又能实现高精度实时测距的超宽带激光通信测距一体化装置及方法。

发明内容

本发明的目的是为解决现有激光通信测距一体化技术无法满足大容量通信、高精度测距的问题，提供一种超宽带激光通信测距一体化装置及方法，无需正弦载波，直接发射纳秒级的超窄脉冲，该方法能够提高数据传输速率，提高实时测距精度，降低平均发射功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种超宽带激光通信测距一体化装置，包括：上位机显示与控制模块、超宽带信号产生模块、上行激光发射组件、上行激光接收组件、上行信号采集与时钟恢复模块、信号转发模块、下行激光发射组件、下行激光接收组件、下行信号采集与捕获跟踪模块、测距信息处理模块和通信解调模块。上位机显示与控制模块分别连接超宽带信号产生模块、测距信息处理模块和通信解调模块，超宽带信号产生模块分别连接上行激光发射组件和测距信息处理模块，上行激光接收组件连接上行信号采集与时钟恢复模块，上行信号采集与时钟恢复模块连接信号转发模块，信号转发模块连接下行激光发射组件，下行激光接收组件连接下行信号采集与捕获跟踪模块，下行信号采集与捕获跟踪模块分别连接测距信息处理模块和通信解调模块。

其中，所述上位机显示与控制模块、超宽带信号产生模块、上行激光发射组件、下行激光接收组件、下行信号采集与捕获跟踪模块、测距信息处理模块和通信解调模块构成主测端。

其中，所述上行激光接收组件、上行信号采集与时钟恢复模块、信号转发模块和下行激光发射组件构成被测端。

所述上位机显示与控制模块用于控制系统状态和显示结果，并对通信解调数据及测距结果进行实时更新显示、保存；

所述超宽带信号产生模块用于接收上位机数据和指令，对通信数据进行信道编码，并将信道编码后的通信数据与测距帧头组合成帧，基于脉冲位置调制方式，将信息比特映射到不同的时隙上，得到上行电信号A，同时记录测距的起始时刻。

所述上行激光发射组件用于将上行电信号A转换为上行光信号，并通过光学天线发射出去。

所述上行激光接收组件用于将接收到的上行光信号转换为上行电信号B，便于后端进行电信号处理。