[发明专利]一种波束灵活控制的多用户激光通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种波束灵活控制的多用户激光通信系统及方法，其中，该系统包括：多波束光学相控阵天线、多波长光发射模块和多波长光接收模块；其中，多波长光发射模块输出数字调制的光信号，并将此光信号送入多波束光学相控阵天线，多波束光学相控阵天线将数字调制的光信号发射出去；多波束光学相控阵天线接收光信号，并将光信号发送给多波长光接收模块，多波长光接收模块将光信号解调，获得数字信号。本发明具有体积小、集成度高、多波束灵活控制的优点。

技术领域

本发明属于卫星激光通信技术领域，尤其涉及一种波束灵活控制的多用户激光通信系统及方法。

背景技术

近年来空间激光通信技术得到快速发展，国外成功建立了星间、星地高速激光通信演示验证系统。随着空间激光通信技术的发展，星间激光通信链路向空间激光通信网络发展，这需要实现一个用户与多个用户之间的通信。目前研究的光学相控阵天线主要实现波束扫描控制，没有收发一体化的光学相控阵天线激光通信终端，从而使得集成度低、体积大，波束不易灵活控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种波束灵活控制的多用户激光通信系统及方法，具有体积小、集成度高、多波束灵活控制的优点。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种波束灵活控制的多用户激光通信系统，包括：多波束光学相控阵天线、多波长光发射模块和多波长光接收模块；其中，多波长光发射模块输出数字调制的光信号，并将此光信号送入多波束光学相控阵天线，多波束光学相控阵天线将数字调制的光信号发射出去；多波束光学相控阵天线接收光信号，并将光信号发送给多波长光接收模块，多波长光接收模块将光信号解调，获得数字信号。

上述波束灵活控制的多用户激光通信系统中，所述多波束光学相控阵天线包括光发射信号移相器、光接收信号移相器、N个光偏振分路器和N个天线单元；其中，光发射信号移相器包括M个1×N光分路器、M×N个发射光移相器和N个M×1光合路器；光接收信号移相器包括M个N×1光合路器、N×M个接收光移相器和N个1×M光分路器；多波长光发射模块的M路输出端口和多波束光学相控阵天线的M个1×N光分路器的输入接口连接，多波长光发射模块输出M路不同波长的光信号，并将每路光信号发送给相对应的1×N光分路器，每路光信号经1×N光分路器分为N路第一光信号，每路第一光信号发送给相对应的发射光移相器，然后通过N个发射光移相器对这N路第一光信号分别进行移相，移相后的N路第一光信号分别送入相对应的M×1光合路器，N个M×1光合路器输出的移相后的第一光信号经相对应的光偏振分路器分别送入N个天线单元，N个天线单元形成M个波束发射出去；N个天线单元接收光学多波束相控阵天线信号，每个天线单元将接收到的光学多波束相控阵天线信号经相对应的光偏振分路器发射到相对应的1×M光分路器，形成N路接收光信号，每路接收光信号经相对应的接收光移相器移相后送入相对应的N×1光合路器，形成M路合束信号，M路合束信号送入多波长光接收模块，多波长光接收模块分别对M路合束信号进行解调，得出电信号。

上述波束灵活控制的多用户激光通信系统中，发射光移相器的移相量由以下公式得出：其中，k_r＝w_r/c，k_r波数，c为光速，d为两个相邻天线单元的间距，N为天线单元的个数，w_r为第一光信号的光波频率，θ为天线主瓣波束指向角。

上述波束灵活控制的多用户激光通信系统中，接收光移相器的移相量φ_n'由以下公式得出：φ_n'＝-Nk_r'd sinθ；其中，k_r'＝w_r'/c，k_r'为波数，c为光速，d为两个相邻天线单元的间距，N为天线单元的个数，w_r'为接收光信号的光波频率，θ为天线主瓣波束指向角。