[发明专利]一种基于艾里光束的导频辅助自相干激光通信系统

说明书

本发明公开了一种基于艾里光束的导频辅助自相干激光通信系统，包括：通信光发送模块、导频辅助光耦合模块、空间光耦合模块、艾里光束整形模块、光功率探测模块以及通信解码模块。其中，通信光发送模块用于将所传输信息进行编码，并进行调制，得到携带传输信息的通信光，导频辅助光耦合模块用于将导频辅助光耦合进通信光束，空间光耦合模块用于将在光纤中传输的通信光束耦合进自由空间，艾里光束整形模块用于在自由空间中对通信光束整形成艾里光的空间分布，光功率探测模块用于探测传输至接收端通信光束的光强信息并将其转换成电信号。本发明能够显著地提升激光通信系统在大气环境下的传输稳定性和准确性，并且能有效降低接收端的系统复杂度。

技术领域

本发明设计激光通信领域，具体而言，涉及一种基于艾里光束的导频辅助自相干激光通信系统。

背景技术

激光通信结合了无线电微波通信及光纤通信的优点，相对于传统微波通信具有信息容量大、无需频道许可、能效高、抗截获及抗干扰能力强等优点，在保密传输、信息对抗、应急传输以及空间信息网络建设等方面均有着较大需求。

随着技术的进步，激光通信的应用场景愈发广泛，在各传输信道下的通信已逐渐被实现。但对于大气环境下的激光通信系统而言，大气湍流效应会严重影响传输光束的能量集中度、分布完整性及模式稳定性，严重限制通信系统的传播距离及准确度，也是多年来限制大气激光通信实际应用的一大瓶颈。

发明内容

针对大气激光通信当下面临的问题，本发明的目的在于提供一种基于艾里光束的导频辅助自相干激光通信系统，该系统通过导频辅助光及艾里光束整形等手段，来降低大气湍流效应对通信光束的影响，同时通信系统接收端复杂度的降低也有助于接收端为大气飞行器时对便携性的需求。

为实现上述目的，本发明实现目的的技术方案如下：

一种基于艾里光束的导频辅助自相干激光通信系统，包括：

通信光发送模块、导频辅助光耦合模块、空间光耦合模块、艾里光束整形模块、光功率探测模块以及通信解码模块；

所述通信光发送模块用于将所传输信息进行编码，并对通信光束的强度及相位进行调制，得到携带传输信息的通信光束；

所述导频辅助光耦合模块用于将导频辅助光耦合进通信光束；所述的导频辅助光与通信光束的频率偏移在GHz量级，保证频率偏移量大于传输信息带宽的同时干涉信号亦能被光功率探测器探测；

所述空间光耦合模块用于将通信光束耦合进自由空间；

所述艾里光束整形模块用于在自由空间中对通信光束整形成艾里光的空间分布，通信光整形成艾里光束后在大气信道进行传输；

所述光功率探测模块用于探测从大气信道传输至接收端通信光束的光强信息并将其转换成电信号；

所述通信解码模块用于对所述光功率探测模块转换得到的电信号进行解码，得到所传输信息。

所述通信光发送模块首先由激光光源产生通信光束，然后将所编码信息通过任意波形发生器生成调制波形，再通过调制器对所述输出光束进行调制。

所述通信光发送模块输出激光采用单模光纤传输。

所述导频辅助光耦合模块通过导频光激光光源发射一束与所述激光光源频率相差GHz量级内的导频光束，并通过铒掺杂光纤放大器将导频光束和通信光束合束并放大。

所述空间光耦合模块通过光纤耦合器将在光纤中传播的通信光束耦合至自由空间中。

所述艾里光束整形模块，通过外部计算机生成艾里光束的相位图分布并加载至空间光调制器，将所述通信光束调制成艾里光分布，其分布形式为：

Φ（r，ϕ）=akr^3/2