CN109495173A - 一种空间激光通信传输装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间激光通信传输装置及方法，其装置包括光电跟瞄模块、信号接收模块、激光发射模块、存储模块和控制模块，所述光电跟瞄模块用于搜索并捕获外界信号光，所述信号接收模块用于接收所述外界信号光后并解调，所述激光发射模块用于将信号调制成信号光后输出，所述存储模块用于存储待发送或接收到的信号，所述控制模块分别与各模块连接，所述控制模块用于判断所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块的运行状态并获取状态信息，通过获取的所述状态信息来确定所述空间激光通信传输装置的通信模式。本发明提供的空间激光通信传输装置及方法，能够根据通信装置的工作状态来选择出适合的通信模式。

Description

一种空间激光通信传输装置及方法
技术领域
本发明涉及空间激光通信技术领域，具体涉及一种空间激光通信传输装置及方法。
背景技术
空间激光通信技术是指利用激光作为载波在空间传输数据的技术，在进行全双工激光通信时，必须保持通信双方的激光光路的对准，才能保证通信的正常传输，由于激光发散角一般在微弧度和毫弧度的量级，因此，在进行全双工激光通信时，对对准精度的要求很高。
在日常通信中，通信链路容易受到大气、遮挡等因素的影响，造成数据误码或者数据中断。因此，在链路中断恢复后，能够继续从数据中断处继续传输，或者在链路受干扰时接收的数据出现错误的情况下，能够重新发送出现错误的数据，对提升数据传输的效率具有重要的意义。
国内外通信断点续传的研究工作主要基于有线或射频通信，且多数通过互联网的协议来实现，或者是针对存储设备的断点续传来进行研究，主要是考虑单个文件的断点续传，没有考虑数据连续发送且链路不稳定时，或者链路不能进行双工通信时的通信方法，空间激光通信的断点续传方法还鲜有研究。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种空间激光通信传输装置及方法，能够根据通信装置各组件的工作状态来选择出适合的通信模式，保证通信不中断。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
光电跟瞄模块，其用于搜索并捕获外界信号光；
信号接收模块，其用于接收所述外界信号光后并解调；
激光发射模块，其用于将信号调制成信号光后输出；
存储模块，其用于存储待发送或接收到的信号；
控制模块，其分别与所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块连接，所述控制模块用于判断所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块的运行状态并获取状态信息，通过获取的所述状态信息来确定所述空间激光通信传输装置的通信模式。
在上述技术方案的基础上，所述控制模块包括微处理器，所述微处理器用于判断所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块的运行状态并获取所述状态信息，所述微处理器根据获取的所述状态信息向所述空间激光通信传输装置输出控制信号，控制所述空间激光通信传输装置的通信模式。
本发明还提供了一种如上所述的空间激光通信传输装置的空间激光通信传输方法，其应用于两台所述空间激光通信传输装置间的通信，其包括：
判断每一空间激光通信传输装置上的信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块的运行状态，并获取各自的状态信息；
通过获取的所述状态信息确定所述空间激光通信传输装置的通信模式，所述通信模式包括带有断点续传的双工通信模式、不带断点续传的双工通信模式、单工通信模式、存储模式和停止通信模式。
在上述技术方案的基础上，若所述信号接收模块、激光发射模块和存储模块均正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述带有断点续传的双工通信模式；
若所述信号接收模块和激光发射模块均正常工作，且所述存储模块没有足够的存储空间时，所述空间激光通信传输装置进入所述不带断点续传的双工通信模式；
若所述信号接收模块正常工作，且所述激光发射模块无法正常工作时；或者若所述光电跟瞄模块和激光发射模块均正常工作，且所述信号接收模块无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述单工通信模式；
若所述存储模块有足够的存储空间，且所述光电跟瞄模块和信号接收模块均无法正常工作时；或者若所述光电跟瞄模块正常工作，且所述信号接收模块和激光发射模块均无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述存储模式；
若所述光电跟瞄模块、信号接收模块和存储模块均无法正常工作时，或者若光电跟瞄模块、信号接收模块、激光发射模块和存储模块均无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述停止通信模式。
在上述技术方案的基础上，所述控制模块判断所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块各自的运行状态是否正常，若是，所述控制模块均记为1；若否，所述控制模块均记为0；将所述信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块的正常运行状态和非正常运行状态组合为多种运行模式，根据每个运行模式确定所述空间激光通信传输装置的通信模式。
在上述技术方案的基础上，在所述空间激光通信传输装置进入所述带有断点续传的双工通信模式时，运行步骤如下：
S1.将待发送的数据信息组帧并分别加入帧头和帧尾，形成数据帧；
S2.将所述数据帧存储于所述存储模块中；
S3.将所述存储模块中的所述数据帧发送出去，并等待接收所述数据帧的所述空间激光通信传输装置回传信号；
S4.接收所述数据帧的所述空间激光通信传输装置，向发射所述数据帧的所述空间激光通信传输装置发射所述数据帧是否正确接收的反馈信号；
S5.若反馈信号指示所述数据帧正确接收，发射所述数据帧的所述空间激光通信传输装置发射新的数据帧；否则重新发送所述数据帧。
在上述技术方案的基础上，采用字符计数法、首尾定界符法、首尾标志法或违规编码法对所述数据信息组帧。
在上述技术方案的基础上，所述帧头中包括数据长度位和差错校验序列，所述数据长度位和差错校验位均占用所述帧头的2个字节。
在上述技术方案的基础上，所述差错校验位采用循环冗余校验码(CRC)编码保护。
在上述技术方案的基础上，将接收到的所述数据帧中的CRC码与所述数据信息进行CRC码的计算，若得到的CRC码为0，则表示空间激光通信传输装置接收正确，若得到的CRC码不为0，则表示空间激光通信传输装置接收错误。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种空间激光通信传输装置及方法，装置包括信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块、存储模块和控制模块，控制模块与信号接收模块、激光发射模块、光电跟瞄模块和存储模块分别相连，能判断上述四个模块各自的运行状态并获取状态信息，最后通过获取的状态信息来确定空间激光通信传输装置的通信模式，保证装置在部分故障的情况下也能保持通信状态，使通信顺利完成。
(2)本发明提供了一种空间激光通信传输装置及方法，通过获取的状态信息确定空间激光通信传输装置的通信模式，通信模式包括带有断点续传的双工通信模式、不带断点续传的双工通信模式、单工通信模式、存储模式和停止通信模式五种模式，不同的运行状态对应不同的通信模式，使装置能够以最佳的模式进行数据传输，在激光传输链路受到干扰、短暂遮挡的情况下，或者激光传输链路、光通信终端受到严重干扰的情况下，依然能够保证数据传输的连续性，提高传输效率，保证传输数据的完整，在数据出现中断后能够在链路重新连接后从断点处继续传输。
附图说明
图1为本发明实施例中空间激光通信传输方法的流程图；
图2为本发明实施例中空间激光通信传输方法的带有断点续传的双工通信模式的流程图；
图3为本发明实施例中空间激光通信传输装置的示意图。
图中：1-信号接收模块，2-激光发射模块，3-光电跟瞄模块，4-存储模块，5-控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
参见图3所示，本发明实施例提供了一种空间激光通信传输装置，其装置包括信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3、存储模块4和控制模块5，控制模块5与信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4分别相连，用于判断信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4的运行状态并获取状态信息，通过获取的状态信息来确定空间激光通信传输装置的通信模式，使通信链路受到大气、遮挡等其他因素的影响造成数据误码或者数据中断时，保证传输数据的完整性和传输效率。
在实际通信时，需要两台空间激光通信传输装置，单工通信时，一台作为发射端，一台作为接收端，而双工通信时，则每一台均即作为接收端又作为发射端。具体的，在通信时，光电跟瞄模块3用于搜索并捕获作为发射端的空间激光通信传输装置传输到空间内的外界信号光，能够实现激光通信载荷瞄准、捕获和跟踪，通常由二维转台、反射镜、控制组件以及位置探测相机等组成；信号接收模块1用于接收外界信号光后并解调完成光电信号的转换，通常由光电二极管、放大器等器件组成；激光发射模块2用于将需要传输的信号调制加载成信号光，将电信号转化为光信号后输出至作为接收端的装置上，存储模块4用于存储待发送或接收到的数据信号。
控制模块5分别与信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4连接，控制模块5包括微处理器，微处理器用于判断信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4的运行状态并获取状态信息，微处理器根据获取的状态信息向空间激光通信传输装置输出控制信号，控制空间激光通信传输装置选择最佳的通信模式。
本发明还提供一种空间激光通信传输方法，其应用于两台空间激光通信传输装置间的通信，适用于两台激光通信终端间点对点的通信，或者多台组网激光通信终端两两之间进行通信。如图1-图2所示，具体传输的步骤为首先判断每一空间激光通信传输装置上的信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4的运行状态，并获取各自的状态信息，状态信息包含电流、电压、图像、波形信号、数据存储地址等信息，通过对以上的状态信息判断各模块能否工作；随后通过获取的各个模块的状态信息综合确定空间激光通信传输装置的通信模式，通信模式包括带有断点续传的双工通信模式、不带断点续传的双工通信模式、单工通信模式、存储模式和停止通信模式五种模式。
具体的，在控制模块5判断获取各个模块的运行状态时，若信号接收模块1、激光发射模块2和存储模块4均正常工作时，空间激光通信传输装置进入带有断点续传的双工通信模式。
若信号接收模块1和激光发射模块2均正常工作，且存储模块4没有足够的存储空间时，空间激光通信传输装置进入不带断点续传的双工通信模式。
若信号接收模块1正常工作，且激光发射模块2无法正常工作时；或者若光电跟瞄模块3和激光发射模块2均正常工作，且信号接收模块1无法正常工作时，空间激光通信传输装置进入单工通信模式。
若存储模块4有足够的存储空间，且光电跟瞄模块3和信号接收模块1均无法正常工作时；或者若光电跟瞄模块3正常工作，且信号接收模块1和激光发射模块2均无法正常工作时，空间激光通信传输装置进入存储模式。
若光电跟瞄模块3、信号接收模块1和存储模块4均无法正常工作时，或者若光电跟瞄模块3、信号接收模块1、激光发射模块2和存储模块4均无法正常工作时，空间激光通信传输装置进入停止通信模式。
具体的，在控制模块5判断信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4各自的运行状态是否正常时，若是，控制模块5将各模块的状态均标记为1，若否，控制模块5将各模块的状态均标记为0。将信号接收模块1、激光发射模块2、光电跟瞄模块3和存储模块4的正常运行状态和非正常运行状态自由组合为多种运行模式，如下状态表所示，总共有16种运行模式，控制模块5根据每个运行模式确定空间激光通信传输装置的通信模式。
表1空间激光通信传输装置的运行模式状态表
序号 光电跟瞄模块 信号接收模块 激光发射模块 存储模块
1 1 1 1 1
2 1 1 1 0
3 1 1 0 1
4 1 1 0 0
5 1 0 1 1
6 1 0 1 0
7 1 0 0 1
8 1 0 0 0
9 0 1 1 1
10 0 1 1 0
11 0 1 0 1
12 0 1 0 0
13 0 0 1 1
14 0 0 1 0
15 0 0 0 1
16 0 0 0 0
如果空间激光通信传输装置为序号1或9的情况，则进入带有断点续传的双工通信模式；如果空间激光通信传输装置为2或10的情况，则进入不带断点续传的双工通信模式，数据直接发送，直到状态恢复到序号1或9为止；如果空间激光通信传输装置为序号3、4、5、6、11或12的情况，则进入单工通信模式；如果空间激光通信传输装置为序号7、13或15的情况，则进入存储模式，对数据信息组帧后存储，直到恢复到序号1或9为止；如果空间激光通信传输装置为序号8、14或16的情况，则进入停止通信模式。
其中，在空间激光通信传输装置进入带有断点续传的双工通信模式时，具体的运行步骤为
S1.将待发送的数据信息组帧并分别加入帧头和帧尾，形成数据帧；
S2.将待发送的数据帧存储于存储模块4中；
S3.将存储模块4中的数据帧发送出去，并等待接收数据帧的空间激光通信传输装置回传信号；
S4.接收数据帧的空间激光通信传输装置，向发射数据帧的空间激光通信传输装置发射数据帧是否正确接收的反馈信号；
S5.若反馈信号指示数据帧正确接收，发射数据帧的空间激光通信传输装置发射新的数据帧；否则重新发送数据帧中出错的部分。
其中，将待发送的数据信息依据一定的规则分组封装成帧为单位的数据称为组帧，其目的在于数据帧传输过程中，若出现错误时，只重发出错的数据帧，免去重发全部数据，从而提高效率。这里可以采用字符计数法、首尾定界符法、首尾标志法或违规编码法对数据信息组帧。例如在字符填充法中，会使用一些特定的字符来定界一帧的开始(DLE STX)与结束(DLE ETX)，为了使数据信息中出现的特殊字符不被误判为帧的首尾定界符，所以在特殊字符前面填充一个转义字符(DLE)来加以区分，以实现数据信息的透明传输，作为接收端的装置在收到后，将数据帧的帧头与帧尾中的转义字符删除，得到原来的数据信息。
进一步的，帧头中包括数据长度位和差错校验序列，数据长度位和差错校验位均占用帧头的2个字节，差错校验位采用循环冗余校验码CRC编码。
作为发射端的空间激光通信传输装置根据要传送的k位的数据信息的二进制码序列，以一定的规则产生一个r位的CRC码，附在数据信息后面，构成一个新的二进制码序列共k+r位，最后发送出去。作为接收端的空间激光通信传输装置根据同样的规则校验，以确定是否接收了正确的数据信息。一般接收端有两种处理方式：1、计算k位序列的CRC码，与实际接收到的CRC比较，一致则接收正确，不一致则接收错误。2、计算整个k+r位的CRC码，若为0，则接收正确，若不为0，则接收错误。另外，CRC码有多种检验位数，包括8位、16位、32位等，基本原理均相同，本发明优选16位的检验位数。
作为发射端的空间激光通信传输装置生成16位CRC码的具体方法为，步骤1在控制模块中预置1个16位的寄存器赋值为0xFFFF(即全为1)，称此寄存器为CRC寄存器；步骤2把数据帧的第一个字节与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器，高八位数据不变；步骤3把CRC寄存器的内容右移一位，用0填补最高位，并检查右移后的移出位；步骤4如果移出位为0：重复第3步(再次右移一位)，如果移出位为1，CRC寄存器与二进制序列1010 0000 0000 0001(0xA001)进行异或；步骤5重复步骤3和4，直到右移8次，这样8位数据全部进行了处理；步骤6重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理；步骤7将该数据帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换，步骤8最后得到的CRC寄存器内容即为CRC码。
作为接收端的空间激光通信传输装置接收到数据帧后，将数据帧中的CRC码与数据帧中除去帧头和帧尾的数据信息共同进行16位CRC码计算，采用上述的第二种方式进行计算。如果得到的CRC码为0，则表示空间激光通信传输装置接收正确，若CRC码不为0，则表示空间激光通信传输装置接收错误，发射端的空间激光通信传输装置则再将错误的数据信息重新发送一次。本方法能保证装置在不同的运行状态对应不同的通信模式，使装置能够以最佳的模式进行数据传输，在激光传输链路受到干扰、短暂遮挡的情况下，或者激光传输链路、光通信终端受到严重干扰的情况下，依然能够保证数据传输的连续性，提高传输效率，保证传输数据的完整，在数据出现中断后能够在链路重新连接后从断点处继续传输。
本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间激光通信传输装置，其特征在于，其包括：
光电跟瞄模块(3)，其用于搜索并捕获外界信号光；
信号接收模块(1)，其用于接收所述外界信号光后并解调；
激光发射模块(2)，其用于将信号调制成信号光后输出；
存储模块(4)，其用于存储待发送或接收到的信号；
控制模块(5)，其分别与所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)连接，所述控制模块(5)用于判断所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)的运行状态并获取状态信息，通过获取的所述状态信息来确定所述空间激光通信传输装置的通信模式。
2.如权利要求1所述的一种空间激光通信传输装置，其特征在于：所述控制模块(5)包括微处理器，所述微处理器用于判断所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)的运行状态并获取所述状态信息，所述微处理器根据获取的所述状态信息向所述空间激光通信传输装置输出控制信号，控制所述空间激光通信传输装置的通信模式。
3.一种利用权利要求1所述空间激光通信传输装置的空间激光通信传输方法，其应用于两台所述空间激光通信传输装置间的通信，其特征在于：
判断每一空间激光通信传输装置上的信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)的运行状态，并获取各自的状态信息；
通过获取的所述状态信息确定所述空间激光通信传输装置的通信模式，所述通信模式包括带有断点续传的双工通信模式、不带断点续传的双工通信模式、单工通信模式、存储模式和停止通信模式。
4.如权利要求3所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：
若所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)和存储模块(4)均正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述带有断点续传的双工通信模式；
若所述信号接收模块(1)和激光发射模块(2)均正常工作，且所述存储模块(4)没有足够的存储空间时，所述空间激光通信传输装置进入所述不带断点续传的双工通信模式；
若所述信号接收模块(1)正常工作，且所述激光发射模块(2)无法正常工作时；或者若所述光电跟瞄模块(3)和激光发射模块(2)均正常工作，且所述信号接收模块(1)无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述单工通信模式；
若所述存储模块(4)有足够的存储空间，且所述光电跟瞄模块(3)和信号接收模块(1)均无法正常工作时；或者若所述光电跟瞄模块(3)正常工作，且所述信号接收模块(1)和激光发射模块(2)均无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述存储模式；
若所述光电跟瞄模块(3)、信号接收模块(1)和存储模块(4)均无法正常工作时，或者若光电跟瞄模块(3)、信号接收模块(1)、激光发射模块(2)和存储模块(4)均无法正常工作时，所述空间激光通信传输装置进入所述停止通信模式。
5.如权利要求4所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：所述控制模块(5)判断所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)各自的运行状态是否正常，若是，所述控制模块(5)均记为1；若否，所述控制模块(5)均记为0；将所述信号接收模块(1)、激光发射模块(2)、光电跟瞄模块(3)和存储模块(4)的正常运行状态和非正常运行状态组合为多种运行模式，根据每个运行模式确定所述空间激光通信传输装置的通信模式。
6.如权利要求5所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：在所述空间激光通信传输装置进入所述带有断点续传的双工通信模式时，运行步骤如下：
S1.将待发送的数据信息组帧并分别加入帧头和帧尾，形成数据帧；
S2.将所述数据帧存储于所述存储模块(4)中；
S3.将所述存储模块(4)中的所述数据帧发送出去，并等待接收所述数据帧的所述空间激光通信传输装置回传信号；
S4.接收所述数据帧的所述空间激光通信传输装置，向发射所述数据帧的所述空间激光通信传输装置发射所述数据帧是否正确接收的反馈信号；
S5.若反馈信号指示所述数据帧正确接收，发射所述数据帧的所述空间激光通信传输装置发射新的数据帧；否则重新发送所述数据帧。
7.如权利要求6所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：采用字符计数法、首尾定界符法、首尾标志法或违规编码法对所述数据信息组帧。
8.如权利要求7所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：所述帧头中包括数据长度位和差错校验序列，所述数据长度位和差错校验位均占用所述帧头的2个字节。
9.如权利要求8所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：所述差错校验位采用循环冗余校验码(CRC)编码保护。
10.如权利要求9所述的一种空间激光通信传输方法，其特征在于：将接收到的所述数据帧中的CRC码与所述数据信息进行CRC码的计算，若得到的CRC码为0，则表示空间激光通信传输装置接收正确，若得到的CRC码不为0，则表示空间激光通信传输装置接收错误。
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