CN107317593B - 双链路通信接收系统 - Google Patents

Abstract

一种双链路通信接收系统，包括：微波通信接收链路，其包括微波接收天线和微波处理模块，接收原始微波信号并处理，还原并输出所述原始微波信号；激光通信接收链路，其包括激光接收天线和激光处理模块，对加载有原始电信号的原始激光信号解调，还原并输出所述原始电信号，微波接收天线的法线方向与激光接收天线的轴线方向相同；转动装置连接所述激光接收天线，通过调节转动装置，来调节激光接收天线和微波接收天线的接收角度。通过本发明的双链路通信接收系统，能够同时接收原始微波信号和加载有电信号的原始激光信号，分别解调并恢复输出原始微波信号和原始电信号，还能调节接收角度，从而提高探测器的接收能力，扩充信号处理的容量。

Description

双链路通信接收系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种双链路通信接收系统。

背景技术

随着航天领域的探索深入，现有的微波通信受频率资源的限制已远不能满足未来宽带数据传输与中继业务的需求，相较于传统的微波通信系统，高速的空间光链路具备更高带宽，更远距离，更高保密性的优势，是目前航天科学领域发展趋势。在军事领域中，未来的立体作战空间中，士兵、机器人、战机战舰、指挥中心等军事单元之间的实时通信，在民用领域中，如高清视频图像传播、移动互联网业务以及灾难预警应急通信等，宽带化高速空间卫星通信的应用覆盖范围极为广泛。

对于微波通信系统和激光通信系统，无论是海陆空三种平台之间的传输，卫星与地球间传输，还是卫星与卫星之间的传输，信号经过远距离的传输，因受到大气湍流效应以及光束扩散的影响，均严重制约通信系统的时效性及稳定性。随着对通信容量扩充需求的爆炸式发展，单独的微波通信或激光通信系统的方式已不能满足高速数据传输的要求，其中信号光在发射端与接收端之间的对准问题是目前航天领域技术瓶颈之一，也是空间光通信系统中关键技术的短板，如果接收端无法准确快速捕获信号光，整个后端探测解调将无法进行，那么通信将是一纸空谈。我国正在研究的型号、背景和预研类通信项目，以及在论证的型号装备类通信项目中，无一例外的遇到发射端与接收端之间信号难捕获、难对准的难题，如何在接收端精准、快速的捕捉到发射端的信号，已经成为航天领域光电器件发展的决定性技术因素之一，如何提高信号光快速、高概率对准捕获的几率，则是目前亟需解决的技术问题的重中之重。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种双链路通信接收系统，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种双链路通信接收系统，包括：

微波通信接收链路包括：微波接收天线，用于接收原始微波信号，并转化成电流形式的信号，得到转换后的微波信号；以及微波处理模块，用于解调所述转换后的微波信号，还原并输出所述原始微波信号；

激光通信接收链路包括：激光接收天线，用于接收加载有原始电信号的原始激光信号；以及激光处理模块，用于解调所述原始激光信号，还原并输出所述原始电信号；其中，在激光接收天线的后端，沿所述激光接收天线的中心轴线方向固定该微波接收天线，且微波接收天线的法线方向与激光接收天线的轴线方向相同；以及

转动装置连接所述激光接收天线，通过调节转动装置的角度，来调节激光接收天线和微波接收天线的接收角度。

可选地，所述微波处理模块包括：

单向隔离单元，包括单向器和分路滤波器组，其中，单向器用于控制所述转换后的微波信号进行单向传输；分路滤波器组用于选择转换后的微波信号中符合用户需求的微波信号，得到用户微波信号。

滤波放大单元，包括低噪声放大器和抑镜滤波器，其中，低噪声放大器用于放大所述用户微波信号，得到放大后的用户微波信号；抑镜滤波器用于消除所述低噪声放大器放大所述用户微波信号时产生的镜频噪声；

混频中放单元，包括本振微波源、混频器和中频放大器，其中，本振微波源，用于产生本振微波；混频器，用于将所述本振微波与所述放大后的用户微波信号进行混频，得到中频微波信号；中频放大器，用于将所述中频微波信号进行放大，并输出放大后的中频微波信号；

校相滤波单元，用于将所述放大后的中频微波信号进行相位校准，并滤除相位校准过程中产生的噪声，还原得到原始微波信号；以及

微波信号输出单元，用于输出所述原始微波信号。

可选地，所述低噪声放大器为宽频带的微带混合集成的砷化镓场效应管放大器，抑镜滤波器为带通式或者带阻式滤波器。

可选地，所述中频放大器由宽频带放大器与集中参数滤波器集成得到。

可选地，所述激光处理模块包括：

空间混频单元，包括本振激光源和混频器，其中，本振激光源用于产生本振激光；混频器用于将所述本振激光与所述原始激光信号进行混频，得到混频激光信号；

光电探测单元，用于将所述混频激光信号进行光电转换，得到转换后的电信号；

电信号处理单元，用于将所述转换后的电信号进行相位校准以及功率恢复，还原得到原始电信号；以及

电信号输出单元，用于输出所述原始电信号。

可选地，所述激光接收天线为光学透镜组，用于将所述原始激光信号折射汇聚至所述激光处理模块。

可选地，所述光学透镜组为离轴牛顿式望远系统、卡塞格林望远系统或者格里高利望远系统。

可选地，所述微波接收天线为抛物面天线或者卡塞格伦天线。

(三)有益效果

本发明相较于现有技术具有以下优点：

1、本发明可以通过调节转动装置，来调节激光接收天线和微波接收天线的接收角度，同时，还将微波接收天线的法线方向与激光接收天线的轴线方向相同，使得该双链路通信接收系统作为接收端时，能够精准快速的捕捉到发射端的信号，提高了探测器的接收能力，扩充信号处理的容量。

2、本发明的双链路通信接收系统通过集合微波通信接收链路和激光通信接收链路，能够同时接收原始微波信号和原始激光信号，并分别解调处理恢复输出原始微波信号和原始激光信号中加载的电信号，可以大大提高探测器的接收能力，扩充信号处理的容量。

3、本发明中多次采用滤波装置，以滤除解调过程中的噪声，保证信号的还原度。

附图说明

图1为本发明实施例的双链路通信接收系统的实现场景示意图；

图2为本发明实施例的双链路通信接收系统的具体结构示意图。

具体实施方式

基于上述技术问题，本发明提供了一种双链路通信接收系统，其作为微波信号和激光信号的接收端，能够同时接收发射端发射的原始微波信号和原始激光信号，并分别解调处理恢复输出原始微波信号和原始激光信号中加载的电信号至用户端或者下一级电路。同时还可以通过调节转动装置，来调节激光接收天线和微波接收天线的接收角度，从而提高探测器的接收能力，扩充信号处理的容量。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种双链路通信接收系统，图1为本发明实施例的双链路通信接收系统的实现场景示意图，如图1所示，所述系统包括：微波通信接收链路、激光通信接收链路、转动装置3和固定座4。该系统通过微波通信接收链路和激光通信接收链路，实现对上一级发射端发射的原始微波信号和原始激光信号的接收，以及分别对该两种信息的解调处理，从而还原得到原始微波信号和原始激光信号中加载的电信号，并将其输出至用户端或者下一级电路。此外，该系统还包括转动装置3，用于连接所述激光接收天线201与固定座4，还可以通过调节转动装置3的角度，来同时调节微波接收天线101和激光接收天线201的接收角度，从而使得这两个接收天线能够快速、高概率地分别捕捉原始微波信号和原始激光信号，以便进行后续处理。

根据本发明的一种实施例，固定座4竖直固定在平地上，该固定座4具有两个部分：放置在平地上的底座；以及与底座牢牢连接(例如焊接)的支撑件。转动装置3与该支撑件连接，位于固定座4和双天线(微波接收天线101和激光接收天线201)之间，因为激光接收天线201固定在微波接收天线101的后端，因此只需将微波接收天线101与转动装置3通过焊接实现二者的固定连接，以及在该支撑件与转动装置3之间通过铰链连接(或者键连接等其他方式)实现二者的转动连接，就可以同时调节微波接收天线101和激光接收天线201的上仰角度，同时微波接收天线101和激光接收天线201的接收信号的面积也得到了相应的改变。

本发明在微波接收天线101的后端，沿所述微波接收天线101的中心轴线方向固定该激光接收天线201(例如焊接、铆接等工艺)，形成一体式结构，以便通过调节转动装置3的角度，即可实现对激光接收天线201和微波接收天线101的接收角度的同时调节。此外，本发明还要求微波接收天线101的法线方向与激光接收天线201的轴线方向相同，可以减少在固定激光接收天线201和微波接收天线101后二者之间造成的干扰问题，保证信号的接收面积，从而实现信号最大效率的接收。且微波处理模块102和激光处理模块202分别并列位于微波信号接收天线101和激光信号接收天线201之后，以同时实现该双链路系统对原始微波信号和原始激光信号的高效接收以及解调处理。

图2为本发明实施例的双链路通信接收系统的具体结构示意图，如图2所示，该双链路包括微波通信接收链路100和激光通信接收链路200。

其中，微波通信接收链路100包括：微波接收天线101，用于接收原始微波信号，并转化成电流形式的信号，得到转换后的微波信号；以及微波处理模块102，用于解调所述转换后的微波信号，还原并输出所述原始微波信号。

当空间沿某一方向有原始微波信号照射到微波接收天线101时，微波接收天线101的导体在外电场作用下激励其感应电动势，在导体表面产生电流，将原始微波信号转换成电流形式的微波信号，得到并输出转换后的微波信号。与微波接收天线电性连接(本实施例中采用电缆线实现连接，在其他实施例中可以采用其他方法)的微波处理模块102，接收转换后的微波信号，并对其进行解调处理，从而还原并输出所述原始微波信号。

可以看出，微波处理模块102的回路中有电流进入，也就是说，微波接收天线101接收空间传输的微波信号，并将其转化成电流形式输出至微波信号处理模块102，从而实现将电磁波能量转换成电流能量的功能。因此微波接收天线101需要具有较高的天线增益、良好的天线方向性、低损耗的馈线系统以及天线与馈线之间的优良匹配性能，在机械结构上，必须保证足够的抗风强度，并能够在恶劣的气象环境下正常工作，诸如添加防冰雪的措施等，另外还要要求较高的极化去耦度。所述微波接收天线101可以是抛物面天线或者卡塞格伦天线。按反射面分类，可以是单反射面或双放射面，按馈电对称性分类，可以是轴对称电或偏执馈电，按馈电波束数分类，可以是单波束馈电及多波数馈电。

本发明实施例中的微波处理模块102包括单向隔离单元121、滤波放大单元122、混频中放单元123、校相滤波单元124和微波信号输出单元125，转换后的微波信号在其中的解调过程具体为：

在单向隔离单元121中，单向器控制转换后的微波信号进行单向传输，也就是说微波的传输路线是不可逆的；分路滤波器组选择转换后的微波信号中符合用户需求的微波信号，同时抑制其他频率的干扰，得到用户微波信号；

在滤波放大单元122中，低噪声放大器接收并放大所述用户微波信号，抑镜滤波器消除低噪声放大器放大用户微波信号的过程中产生的镜频噪声。一般来说，低噪声放大器的噪声系数很低，理想的低噪声放大器的噪声系数F＝1，其物理意义为输出信噪比等于输入信号比。其中，低噪声放大器可以为宽频带的、微带混合集成的砷化镓场效应管放大器，其性能优越，在厘米波段可比混频式接收端的灵敏度改善5到6dB左右，通常在低噪声放大器前后都加有铁氧体隔离器，以保证带通滤波器为恒定匹配负载，并保持放大器的高性能稳定工作，另外，又因为低噪声放大器是宽频带放大器，因此可覆盖整个通信频段的全部波段。抑镜滤波器可以为带通式或者带阻式滤波器，只需对镜频噪声抑制13到20dB左右，不影响信号通道频率响应特性的平坦度即可。抑制镜频滤波器过滤的镜频噪声将由输出隔离器吸收，所以通常将抑镜滤波器、平衡混频器和前置中频放大器放置在一盒合体中。

在混频中放单元123，本振微波源产生与该原始微波信号同频率的本振微波，以实现相干解调，因为相干解调具有较好的抗误码性能，其关键是载波提取，即产生一个和发射端调制的载频同频同相得相干信号，也称之为相干同步解调；混频器接收本振微波，并将该本振微波与放大后的用户微波信号进行混频，得到明显的中频微波信号，以便于后续的相位校准操作；中频放大器，用于将所述中频微波信号进行放大，并输出放大后的中频微波信号。其中，中频放大器优选为宽频带放大器与集中参数滤波器的集成结构，其具有自动增益控制功能，能够保证稳定的信号电平；

校相滤波单元124将放大后的中频微波信号进行相位校准，并滤除相位校准过程中产生的噪声，还原得到并输出原始微波信号至微波信号输出单元。最后微波信号输出单元125输出该原始微波信号至下一级电路或者用户。

激光通信接收链路200具体包括：激光接收天线201和激光处理模块202。激光接收天线201接收空间传输的原始激光信号，该原始激光信号上加载有电信号，并对该原始激光信号进行折射会聚到与之电性连接(在本实施例中，采用光纤实现二者的电性连接，在其他实施例中也可以选择其他连接方式)的激光信号处理模块202。在本发明的一种实施例中，该激光接收天线201由一组光学透镜组成(由n个光学透镜拼接组成一个整体镜组)，n为大于等于2的整数。该激光接收天线201可以是离轴牛顿式望远系统、卡塞格林望远系统或者格里高利望远系统，离轴牛顿式望远系统主要适用于大视场情况，缺点是装调误差较大，卡塞格林望远系统的优点是其为轴望远系统，缺点是有光束遮拦，杂散光比纯透镜系数大；格里高利望远系统的优点为其主、次镜场曲叠加，系统成正像。其中，可以根据不同的实际需求来选择较为合适的系统作为激光接收天线201。

激光处理模块202主要包括空间混频单元221、光电探测单元222、电信号处理单元223和电信号输出单元224，对接收到的原始激光信号进行解调处理，具体为：

在空间混频单元221中，本振激光源产生与该原始激光信号同频率的本振激光，以实现相干解调(其原理类似微波处理模块102中的相干解调)，混频器将所述本振激光与所述原始激光信号进行空间混频，得到明显的混频激光信号，以方便后续的电信号处理操作；

光电探测单元222将混频信号进行光电转换，输出转换后的电信号；

电信号处理单元223可以基于FPGA(现场可编程门阵列)、DSP(数字信号处理器)或者其他芯片，将所述转换后的电信号进行相位校准以及功率恢复，还原得到原始电信号；

所述电信号输出单元224用于输出所述原始电信号至下一级电路或者用户。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双链路通信接收系统，包括：

微波通信接收链路包括：微波接收天线，用于接收原始微波信号，并转化成电流形式的信号，得到转换后的微波信号；以及微波处理模块，用于解调所述转换后的微波信号，还原并输出所述原始微波信号；

激光通信接收链路包括：激光接收天线，用于接收加载有原始电信号的原始激光信号；以及激光处理模块，用于解调所述原始激光信号，还原并输出所述原始电信号；其中，在激光接收天线的后端，沿所述激光接收天线的中心轴线方向固定该微波接收天线，且微波接收天线的法线方向与激光接收天线的轴线方向相同；以及

转动装置连接所述激光接收天线，通过调节转动装置的角度，来调节激光接收天线和微波接收天线的接收角度。

2.根据权利要求1所述的双链路通信接收系统，其中，所述微波处理模块包括：

单向隔离单元，包括单向器和分路滤波器组，其中，单向器用于控制所述转换后的微波信号进行单向传输；分路滤波器组用于选择转换后的微波信号中符合用户需求的微波信号，得到用户微波信号；

滤波放大单元，包括低噪声放大器和抑镜滤波器，其中，低噪声放大器用于放大所述用户微波信号，得到放大后的用户微波信号；抑镜滤波器用于消除所述低噪声放大器放大所述用户微波信号时产生的镜频噪声；

混频中放单元，包括本振微波源、混频器和中频放大器，其中，本振微波源，用于产生本振微波；混频器，用于将所述本振微波与所述放大后的用户微波信号进行混频，得到中频微波信号；中频放大器，用于将所述中频微波信号进行放大，并输出放大后的中频微波信号；

校相滤波单元，用于将所述放大后的中频微波信号进行相位校准，并滤除相位校准过程中产生的噪声，还原得到原始微波信号；以及

微波信号输出单元，用于输出所述原始微波信号。

3.根据权利要求2所述的双链路通信接收系统，其中，所述低噪声放大器为宽频带的微带混合固定的砷化镓场效应管放大器，抑镜滤波器为带通式或者带阻式滤波器。

4.根据权利要求2所述的双链路通信接收系统，其中，所述中频放大器由宽频带放大器与集中参数滤波器集成得到。

5.根据权利要求1所述的双链路通信接收系统，其中，所述激光处理模块包括：

空间混频单元，包括本振激光源和混频器，其中，本振激光源用于产生本振激光；混频器用于将所述本振激光与所述原始激光信号进行混频，得到混频激光信号；

光电探测单元，用于将所述混频激光信号进行光电转换，得到转换后的电信号；

电信号处理单元，用于将所述转换后的电信号进行相位校准以及功率恢复，还原得到原始电信号；以及

电信号输出单元，用于输出所述原始电信号。

6.根据权利要求1所述的双链路通信接收系统，其中，所述激光接收天线为光学透镜组，用于将所述原始激光信号折射汇聚至所述激光处理模块。

7.根据权利要求6所述的双链路通信接收系统，其中，所述光学透镜组为离轴牛顿式望远系统、卡塞格林望远系统或者格里高利望远系统。

8.根据权利要求1所述的双链路通信接收系统，其中，所述微波接收天线为抛物面天线或者卡塞格伦天线。