[发明专利]无人机与地面激光通信的大气湍流预补偿装置

说明书

无人机与地面激光通信的大气湍流预补偿装置,解决了现有地面站发射到无人机的激光波前受到大气湍流的影响使得无人机上终端的光纤耦合效率降低，误码率上升的问题，属于激光通信技术领域。本发明安装在地面通信端，包括：波前探测器WFS探测无人机与地面激光通信下行链路激光信号的波前畸变；可变形镜DM补偿下行链路和上行链路的波前畸变；上位机根据探测到的波前畸变控制可变形镜，使光经过可变形镜具有的波前畸变与光经过大气湍流时产生的波前畸变相互抵消；上位机根据无人机的定位信息获得上行链路激光发射方向角度θ，超前跟踪镜ATM调整偏转角度为θ，使上行链路激光能够被下一时刻的无人机接收到。

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，特别涉及一种无人机与地面激光通信的大气湍流预补偿装置。

背景技术

在目前的通信技术中，光通信取代射频通信技术具有高数据率、高保密性、高容量的优势。现代无人机在执行测绘、巡检、安防、实时监控等任务时需要高数据率的通信，激光通信能够完全满足无人机通信的需求。在无人机与地面站激光通信链路中，由于受到大气湍流的影响产生波前像差、强度起伏、相位角和到达角起伏、光束漂移、光强散斑等现象，从而大气湍流引起激光通信终端CCD探测光斑产生畸变、光束漂移以及光强闪烁和散斑，从而引起CCD测角误差增大，严重影响了激光链路的快速捕获、稳定跟踪。并且在光纤耦合接收方式的激光通信终端中，信号光接收光路需要将空间光耦合到单模光纤中，信号光的波前畸变会严重影响信号光耦合到单模光纤的耦合效率，误码率上升，通信性能下降。

现有提高无人机与地面终端激光链路的捕获、跟踪以及提高通信性能和单模光纤的耦合效率的方法：利用自适应光学系统中的波前传感器探测信号光的畸变波前，然后通过自适应光学算法计算出大气湍流的相位补偿量，驱动自适应光学系统中的可变形镜对畸变的信号光波前补偿。自适应系统会增加终端的重量和复杂度，不适合安装在无人机终端上，只能安装在地面通信终端。使得现有技术存在的问题如下：无人机与地面通信链路之间只能在地面站补偿从无人机传来的信号光的波前畸变，提高下行链路的通信质量。但地面站发射到无人机的激光波前依旧受到大气湍流的影响使得无人机上终端的光纤耦合效率降低，误码率上升。

发明内容

针对现有地面站发射到无人机的激光波前受到大气湍流的影响使得无人机上终端的光纤耦合效率降低，误码率上升的问题，本发明提供一种无人机与地面激光通信的大气湍流预补偿装置。

本发明的一种无人机与地面激光通信的大气湍流预补偿装置，所述预补偿装置安装在地面通信端，所述预补偿装置包括可变型镜DM、波前探测器WFS、超前跟踪镜ATM和上位机；

波前探测器WFS，设置在无人机与地面激光通信下行链路中，用于探测无人机与地面激光通信下行链路激光信号的波前畸变；

可变形镜DM，设置在无人机与地面激光通信下行链路和上行链路中，用于补偿下行链路和上行链路的波前畸变；

上位机，与波前探测器WFS、可变形镜DM和超前跟踪镜ATM连接，用于根据波前探测器WFS探测到的波前畸变获取可变形镜的电压矩阵，并根据该电压矩阵控制可变形镜，使光经过可变形镜具有的波前畸变与光经过大气湍流时产生的波前畸变相互抵消；还用于根据无人机的定位信息获得上行链路激光发射方向角度θ，并发送至超前跟踪镜ATM，发射方向角度θ使上行链路激光能够被下一时刻的无人机接收到；

超前跟踪镜ATM，设置在无人机与地面激光通信上行链路中，用于接收发射方向角度θ，并调整偏转角度为θ。

作为优选，所述装置还包括反射镜M和倾斜镜TTM和三号分束镜；

无人机与地面之间的下行链路为：