CN109787687B - 一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置和海上救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置，包括ATP终端，ATP终端触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星发射的激光束，以使得ATP终端能够在载体的通信信道中断或者不通畅的情况下与卫星建立激光通信链路从而形成在卫星与接收装置之间能够彼此通信的应急信道，在ATP终端与卫星建立激光通信链路之前，接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得接收装置能够与散落的和/或即将散落的通信子装置建立通信连接从而形成在通信子装置与接收装置之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在ATP终端与卫星建立激光通信链路之后，接收装置能够通过激光通信链路将接收到通信子装置的信息与接收装置的信息以光信息的方式传递至卫星。

Description

一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置和海上救援方法

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，尤其涉及一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置。

背景技术

中国是海洋大国，近年来各种涉海活动数量增多、规模增大，海上遇险事故随之增多。海上搜救工作对保障人民生命安全具有重要意义。海上搜救工作难度极大，主要表现在搜救范围大，自然环境复杂，而且遇险船只的基础通信设施可能已经遭到破坏，从而造成遇险船员的位定位失败以及险情评估带来困难。

经过广泛地调研，针对海上应急施救国外主要集中于卫星通信的研究。例如，Inmarsat-4的L频段海事移动通信系统和铱星及其二代系统。此外，水声通信网络也正正逐步应用于海上应急施救，例如美国的Seaweb网络， 2018年俄罗斯的GLONASS定位系统等。而针对于国内海上应急施救则主要依靠近岸移动通信网络、短波/超短波电台、国家现有卫星通信系统或者租借国外海事卫星等等。可见，针对于海上应急施救的设备还不够完善，远不能符合海上营救所需的应急响应快、事发突然以及后果严重等特点。因此，需要一种针对海上应急施救的设备。

例如，公开号为CN102798988A的中国专利公开的一种光调制器。该光调制器包括量子阱有源层，所述量子阱有源层由InGaN/GaN材料制成。本发明的光调制器，通过该技术，可以解决红外波段在大气和水下被强烈吸收的问题，实现蓝绿可见光的自由空间光通信。这种通信具有保密性好，低功耗和多点分布式等特点，可以应用在敌我识别，无人机，海上浮标侦测和探矿、搜救等领域。

例如，公开号为CN106452558A的中国专利公开的一种发送救援信息的方法及便携卫星通信终端。包括如下步骤：开启便携卫星通信终端发送救援信息功能，预先设置安全时间、救助信息以及目标端，等待发送救援信息；判断等待发送救援信息的时间是否超过安全时间；如超过安全时间，则获取用户地理位置信息以及救助信息，并发送至目标端。

例如，公开号为CN106411390A的中国专利公开的一种基于天通一号通信卫星的互联网便携终端及其通信方法，所述便携终端包括WIFI天线、路由器模块、卫星通信模块和卫星天线，所述WIFI天线与路由器模块连接，所述路由器模块与卫星通信模块连接，所述卫星通信模块与卫星天线连接；所述WIFI天线用于通过无线信号连接通信设备；所述路由器模块用于网络管理、数据处理和网络连接；所述卫星通信模块用于调制解调网络数据；所述卫星天线用于传输卫星通信模块的数据信息；本发明利用天通一号通信卫星进行数据传输，覆盖面广，保证了恶劣环形下进行勘探、考察、远程指导等工作的正常通信。

例如，公开号为CN106411391A的中国专利一种语音激活自救功能的卫星便携式终端及方法。包括：语音获取模块，用于获取求救人员声音；语音匹配模块，接收所述语音获取模块获取的求救人员声音，并与预设语音匹配，然后发送匹配结果；求救模块，根据所述语音匹配模块的匹配结果，判断是否发送求救信息；本发明在人员遭遇意外时，通过语音匹配激活自救功能，发送求救信息至预设求救号码，使求救人员及时与外界取得联系，并获得救援，保证了在恶劣环境下的基本通信和人身安全。

例如，公开号为CN104365174A的中国专利公开的一种具有卫星通信功能的便携式终端辅助设备。包括：卫星终端短程通信模块，其执行与便携式终端的短程无线电通信；卫星RF模块，其对信号进行处理以经由卫星天线与卫星通信；语音数据输入和输出单元，其输入和输出语音数据；以及卫星终端控制单元，在从便携式终端通过卫星终端短程通信模块请求语音呼叫时，其通过卫星RF模块利用卫星通信形成业务信道，将通过语音数据输入和输出单元输入的语音数据传输到卫星RF模块，并且经由语音数据输入和输出单元输出由卫星RF模块输入的语音数据

例如，公开号为CN103297138B的中国专利公开的一种基于光通信的飞行器内个人通信系统。其包括通信终端、机载通信设备、通信卫星及地面基站。机载通信设备设置在飞行器上，并用于与通信终端及通信卫星进行通信，其中，机载通信设备与通信终端之间通过光信号进行信号传输；地面基站与通信卫星及地面通信网络进行通信。

根据对现有技术的调研可以发现，目前海上应急营救的设备几乎不存在或者现有的技术远不足以解决应急响应快和事发突然等诸多技术问题。因此，亟需一种针对海上营救的设备或者装置。

发明内容

海上救援，特别是深海救援具有例如待救援人员脱离载体而散落值汪洋大海中的特点，对于大面积的散落的或者即将散落的待救援人员/自主救援船只其具有救援时间短、救援难度大和救援范围广的等诸多难题。因此，需要对散落的或者即将散落的待救援人员自主救援船只进行定位或者跟踪具有较大的难度。针对近海救援而言，散落的或者即将散落的待救援人员自主救援船只如果带有通信设备其还可以自主地与附近的通信基站进行通信，从而实现救援。然而，对于深海救援而言，能够与其进行通信的最便捷的是卫星通信，但是大面积的散落的或者即将散落的待救援人员/自主救援船如何与卫星进行通信是面临的另一项技术问题。

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置，包括捕获跟踪瞄准终端，所述捕获跟踪瞄准终端触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星发射的激光束，以使得所述捕获跟踪瞄准终端能够在携带有所述接收装置的载体的通信信道中断或者不通畅的情况下与所述卫星建立激光通信链路从而形成在所述卫星与所述接收装置之间能够彼此通信的应急信道，在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星建立激光通信链路之前，所述接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得所述接收装置能够与散落的和/或即将散落的通信子装置建立通信连接从而形成在所述通信子装置与所述接收装置之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星建立所述激光通信链路之后，所述接收装置能够通过所述激光通信链路将接收到所述通信子装置的信息与所述接收装置的信息以光信息的方式传递至所述卫星。

根据一种优选的实施方式，所述接收装置基于所述载体的疑似位置以及星历数据调整所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星发射的激光束，在所述捕获跟踪瞄准终端捕获了所述第一低轨卫星发出的激光束的情况下，所述接收装置能够与所述第一低轨卫星建立第一激光通信链路；在所述捕获跟踪瞄准终端捕获所述第一低轨卫星发出的激光束失败的情况下，所述捕获跟踪瞄准终端基于所述载体的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星够接收所述请求光束以与所述第一同步卫星建立第二激光通信链路。

根据一种优选的实施方式，在所述通信子装置接收到所述信标信号的情况下，所述通信子装置响应于所述信标信号以至少将其位置信息传输至所述接收装置的方式建立并保持与所述通信子装置的通信连接，所述接收装置基于所述位置信息选定至少一个通信子装置作为直接与所述接收装置通信连接的中继通信子装置，并且所述接收装置将所述中继通信子装置与边角通信子装置以群组的方式生成配对信息并发送至与其通信连接的通信子装置，在所述通信子装置接受到所述配对信息的情况下，所述中继通信子装置直接地与所述接收装置建立通信连接，所述边角通信子装置以间接地与所述接收装置建立通信连接的方式和所述中继通信子装置建立通信连接，从而所述接收装置能够以间接和/或直接的方式与散落的和/或即将散落的通信子装置构成所述海上自主援救网络；其中，所述海上自主援救网络包括子网和主网，所述子网是所述边角通信子装置之间相互通信形成或者所述边角通信子装置与所述中继通信子装置之间相互通信形成，所述主网是所述中继通信子装置与所述接收装置之间相互通信形成。

根据一种优选的实施方式，在所述接收装置能够与所述第一低轨卫星建立第一激光通信链路的情况下，或者所述接收装置与所述第一同步卫星建立第二激光通信链路的情况下，所述第一低轨卫星或所述第一同步卫星与定位卫星建立通信连接获取所述接收装置的环境信息以及所述通信子装置所处位置的环境信息并将所述环境信息传递至所述接收装置。

根据一种优选的实施方式，在所述接收装置能够与所述第一低轨卫星建立第一激光通信链路的情况下，所述第一低轨卫星基于接收装置的位置以及星历数据选定第二低轨卫星或者第二同步卫星作为在所述第一低轨卫星不能覆盖所述接收装置的情况下与所述接收装置建立第三激光通信链路，其中，所述第一低轨卫星通过第一激光通信链路将所述第二低轨卫星或者第二同步卫星的位置信息传递至所述接收装置以使得所述接收装置能够在所述第一低轨卫星不能覆盖所述接收装置的情况下修正其仰角和/或方向角以与所述第二低轨卫星或者第二同步卫星建立所述第三激光链路。

根据一种优选的实施方式，所述第一低轨卫星或所述第一同步卫星能够基于所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和方向角反演出所述接收装置的位置，并且基于所述接收装置的位置根据所述接收装置接收到的所述通信子装置的信息确定所述通信子装置的位置，所述第一低轨卫星或所述第一同步卫星将所述接收装置的位置以及所述通信子装置的位置传递至救援中心。

根据一种优选的实施方式，所述捕获跟踪瞄准终端在捕获所述第一低轨卫星发射的激光束的过程中通过机械构造模块进行姿态调整，其中，所述机械构造模块包括承载部和姿态调整部，所述捕获跟踪瞄准终端固定安装于所述承载部，所述承载部与所述姿态调整部活动连接，从而使得所述捕获跟踪瞄准终端能够在所述姿态调整部的作用下以调整所述捕获跟踪瞄准终端的方位角和/或仰角，在所述捕获跟踪瞄准装置捕获到所述第一低轨卫星发射的激光束时，所述姿态调整部停止活动，并且所述捕获跟踪瞄准终端将所述方位角和所述仰角传通过所述第一激光通信链路传递至所述第一低轨卫星。

根据一种优选的实施方式，所述捕获跟踪瞄准终端包括数据发射模块、偏振分束器、第一分束器、第二分束器、捕获探测模块、跟踪探测模块、液晶光学相控阵天线和自适应控制器；所述数据发射模块用于生成光束发散角为θ_M1的光信号并发送到所述偏振分束器；所述偏振分束器用于对发射光束和接收光束进行分离，将从自适应液晶光学相控阵天线接收到的接收光束发送到第一分束器，并将从所述数据发射模块接收的发射光束发送到自适应液晶光学相控阵天线；所述第一分束器用于接收所述偏振分束器发送的接收光束，并分为两份，其中一份发送到外部数据接收模块，另一份发送到第二分束器；所述第二分束器用于将第一分束器发送的接收光束分为两份，其中一份发送到捕获探测模块，另一份发送到跟踪探测模块；所述捕获探测模块终于对接收光束进行探测，得到第一视轴误差信号e_c和第一接收光功率P_rc，并发送到所述自适应控制器；所述跟踪探测模块用于对接收光束进行探测，得到第二视轴误差信号e_f和第二接收光功率P_rf，并发送到所述自适应控制器。

根据一种优选的实施方式，本发明还公开了一种基于卫星光通信系统的海上救援方法，接收装置上的捕获跟踪瞄准终端配置为触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星发射的激光束，以使得所述捕获跟踪瞄准终端能够在携带有所述接收装置的物体的通信信道中断或者不通畅的情况下与所述卫星建立第一激光通信链路从而形成应急信道，在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星建立第一激光通信链路之前，所述接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得所述接收装置能够与散落的通信子装置和/或即将散落的通信子装置建立通信连接从而形成在所述通信子装置与所述接收装置之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星建立所述第一激光通信链路之后，所述接收装置能够通过所述第一激光通信链路将接收到所述通信子装置的信息与所述接收装置的信息以光信息的方式传递至所述卫星。

根据一种优选的实施方式，所述接收装置被配置为：基于所述载体的疑似位置以及星历数据调整所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星发射的激光束，在所述捕获跟踪瞄准终端捕获了所述第一低轨卫星发出的激光束的情况下，所述接收装置能够与所述第一低轨卫星建立第一激光通信链路；在所述捕获跟踪瞄准终端捕获所述第一低轨卫星发出的激光束失败的情况下，所述捕获跟踪瞄准终端基于所述载体的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星够接收所述请求光束以与所述第一同步卫星建立第二激光通信链路。

附图说明

图1是本发明提供的一个优选实施方式的简化示意图。

附图标记列表

10：卫星 20：接收装置

30：载体 40：通信子装置

10a-1：第一低轨卫星 10a-2：第二地轨卫星

10b-1：第一同步卫星 10b-2：第二同步卫星

40a：中继通信子装置 40b：边角通信子装置

具体实施方式

下面结合附图1进行详细说明。

本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”和仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例公开一种便携式接收装置，包括捕获跟踪瞄准终端(ATP终端)。优选地，捕获跟踪瞄准可以是指Acquisition，Tracking and Pointing。优选地，捕获跟踪瞄准终端还可以称为APT终端、捕获瞄准跟踪仪、捕获跟踪瞄准系统、瞄准捕获跟踪装置和/或捕获跟踪瞄准装置。例如，以该接收装置20和第一低轨卫星10为例，为了能在接收装置20与该第一低轨卫星间实现可靠通信，首先要求该接收装置20能捕捉到另该第一低轨卫星发来的光束，称之为信标光，并将该光束会聚到探测器或天线中心，这个过程称作捕获或者捕获体。捕获完成后，作为接收方的接收装置20也要发出一光束，要求该光束能准确地指向发出信标光的第一低轨卫星这个过程称作指向或者瞄准。发出信标光的卫星接收到此光束后，也要相应地完成捕获过程，以使得该第一低轨卫星与接收装置20建立通信状态。为第一低轨卫星与接收装置20能够处于通信状态，必须一直保持这种精确的连接状态，这过程称作跟踪或者跟踪口。

优选地，捕获跟踪瞄准终端触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星 10发射的激光束，以使得捕获跟踪瞄准终端能够在携带有接收装置20的载体30的通信信道中断或者不通畅的情况下与卫星10建立激光通信链路从而形成在卫星10与接收装置之间能够彼此通信的应急信道。异常状态是指载体30发生异于常态的一种工作状态，例如飞行器高速坠落和轮船剧烈颠簸。在捕获跟踪瞄准终端触接收到测量到工作状态是异常状态时，例如加速度和角加速度等，就会触发，通过调整其仰角和方向角捕获卫星10发射的激光束。在正常工作时，载体30的通信设备能够完成与地面站或者卫星的通信，属于常规的设备，例如该通信设备与卫星是以微波建立的通信信号。但是在载体发生异常状态时，其通信信道会发生中断或者不通畅，此时常规设备难以进行通信。由于激光的稳定性高于微波的稳定性，本发明通过捕获跟踪瞄准捕获卫星发射的激光建立激光通信链路，能够有助于建立应急通信连接，用以发生异常状态时的通信。

优选地，接收装置20还包括与通信子装置建立通信连接的通信模块，通信模块触发于异常状态或者人工请求用以与所述通信子装置建立通信连接。优选地，在捕获跟踪瞄准终端与卫星10建立激光通信链路之前。接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得接收装置能够与散落的和/或即将散落的通信子装置40建立通信连接从而形成在通信子装置 40与接收装置20之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在捕获跟踪瞄准终端与卫星10建立激光通信链路之后，接收装置20能够通过激光通信链路将接收到通信子装置40的信息与接收装置20的信息以光信息的方式传递至卫星10。从而在捕获跟踪瞄准终端与卫星10建立激光通信链路之后，卫星10能够基于激光通信链路和海上自主援救网络获取散落的和/或即将散落的通信子装置40的位置信息。

优选地，在通信子装置40接收到信标信号的情况下，通信子装置40 响应于信标信号以至少将其位置信息传输至接收装置20的方式建立并保持与通信子装置40的通信连接。接收装置20基于位置信息选定至少一个通信子装置40作为直接与接收装置20通信连接的中继通信子装置40a。并且接收装置20将中继通信子装置40a与边角通信子装置40b以群组的方式生成配对信息并发送至与其通信连接的通信子装置40。在通信子装置40接受到配对信息的情况下，中继通信子装置40a直接地与接收装置20建立通信连接，边角通信子装置40b以间接地与接收装置20建立通信连接的方式和中继通信子装置40a建立通信连接，从而接收装置20能够以间接和/或直接的方式与散落的和/或即将散落的通信子装置40构成海上自主援救网络。优选地，海上自主援救网络包括子网和主网，子网是边角通信子装置40b之间相互通信形成或者边角通信子装置40b与中继通信子装置40a之间相互通信形成，主网是中继通信子装置40a与接收装置20之间相互通信形成。例如，在轮船即将发生剧烈颠簸时，轮船上的人员绑带好通信子装置，这些通信子装置通过与接收装置20彼此相互通信后，通信子装置之间形成子网，通信子装置与接收装置20形成主网，从而形成海上自主救援网络，为海上救援提供足够的救援时间并且降低搜救难度。

优选地，接收装置20基于载体30的疑似位置以及星历数据调整捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星10a-1发射的激光束。在捕获跟踪瞄准终端捕获了第一低轨卫星10a-1发出的激光束的情况下，接收装置20能够与第一低轨卫星10a-1建立第一激光通信链路。在捕获跟踪瞄准终端捕获第一低轨卫星10a-1发出的激光束失败的情况下，捕获跟踪瞄准终端基于载体30的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星10b-1够接收请求光束以与第一同步卫星10b-1建立第二激光通信链路。本发明中，接收装置20可以通过正常状态下获取载体30以及发生异常状态的信息获取疑似位置。因此，接收装置20能够根据该疑似位置以及星历数据调整捕获跟踪瞄准终端的仰角和/ 或方向角用以捕获第一低轨卫星10a-1发射的激光束。由于第一低轨卫星 10a-1的运行高度较低，其与接收装置20建立激光链路的可能性更高，因此，选择第一地轨卫星10a-1作为建立应急通信的第一个卫星。不过，为了保证应急通信能够大概率的被建立，第一同步卫星10b-1作为备选卫星以建立应急通信。

优选地，在接收装置20能够与第一低轨卫星10a-1建立第一激光通信链路的情况下，或者接收装置与第一同步卫星10b-2建立第二激光通信链路的情况下，第一低轨卫星10a-1或第一同步卫星10b-2与定位卫星建立通信连接获取接收装置20的环境信息以及通信子装置40所处位置的环境信息并将环境信息传递至接收装置20。本发明，能够及时通过建立的海上自主救援网络和激光应急通信以及卫星与卫星之间的通信获取需要救援的位置信息从而获取环境信息，例如环境信息可以是卫星云图等。救援中心可以通过获取的环境信息确定救援或者搜救方案以及指导救援工作。

考虑到低轨卫星与接收装置更能够建立通信链路但是需要切换，这对与应急通信是及其不利的，但是同步卫星与手持终端建立通信链路相对低轨卫星难以直接建立通信链路，这也不适用于应急通信。优选地，在接收装置20 能够与第一低轨卫星10a-1建立第一激光通信链路的情况下，第一低轨卫星 10a-1基于接收装置的位置以及星历数据选定第二低轨卫星10a-2或者第二同步卫星10b-2作为在第一低轨卫星10a-1不能覆盖接收装置20的情况下与接收装置20建立第三激光通信链路。优选地，第一低轨卫星10a-1通过第一激光通信链路将第二低轨卫星10a-2或者第二同步卫星10b-2的位置信息传递至接收装置20以使得接收装置20能够在第一低轨卫星10a-1不能覆盖接收装置20的情况下修正其仰角和/或方向角以与第二低轨卫星10a-2 或者第二同步卫星10b-2建立第三激光链路。

优选地，第一低轨卫星10a-1或第一同步卫星10b-1能够基于捕获跟踪瞄准终端的仰角和方向角反演出接收装置20的位置，并且基于接收装置20 的位置根据接收装置20接收到的通信子装置40的信息确定通信子装置40 的位置，第一低轨卫星10a-1或第一同步卫星10b-1将接收装置20的位置以及通信子装置40的位置传递至救援中心。

优选地，确定捕获跟踪瞄准的姿态和位置有多种数学表达方法，例如可以罗德里格-吉普斯矢量、欧拉-罗德里格参数、欧拉角、四元数和对偶四元数中的至少一种。

优选地，该在建立应急通信时可以包括：在卫星发射机处生成光频率梳和泵浦信号。在发射机处调制光频率梳以产生数据信号和作为数据信号的相位共轭的空闲信号。在发射器处衰减泵浦信号。从卫星通过自由空间发送具有数据信号、空闲信号和泵浦信号的通信信号。在接收器处从卫星接收所发送的通信信号，该通信信号具有数据信号、空闲信号和衰减的泵浦信。在接收器中的相敏放大器处放大数据信号和空闲信号。和/或在接收装置处解调数据信号和空闲信号以提取数据。

实施例2

该实施例公开一种接收装置20的机械模块，以使得其能够实施地与地轨卫星或者同步卫星建立通信连接。

优选地，捕获跟踪瞄准装置在捕获第一低轨卫星10a-1发射的激光束的过程中通过机械构造模块进行姿态调整。其中，机械构造模块包括承载部和姿态调整部，捕获跟踪瞄准装置固定安装于承载部，承载部与姿态调整部活动连接，从而使得捕获跟踪瞄准装置能够在姿态调整部的作用下以调整捕获跟踪瞄准装置的方位角和/或仰角，在捕获跟踪瞄准装置捕获到第一低轨卫星10a-1发射的激光束时，姿态调整部停止活动，并且捕获跟踪瞄准装置将方位角和仰角传通过第一激光通信链路传递至第一低轨卫星10a-1。第一低轨卫星10a-1能够基于方位角和仰角反演出接收装置20的位置并且能够基于第一激光通信链路向接收装置20传递信息。优选地，姿态调整部包括液压模块和齿轮模块中的至少一种，其于自适应控制器通信连接。

优选地，第一低轨卫星10a-1将方位角和仰角传递至至少一个同步卫星 20，至少一个同步卫星20基于方位角、仰角及其位置信息生成第三信息反馈至第一低轨卫星10a-1，第一低轨卫星10a-1选定第一同步卫星20a作为与接收装置20建立第二激光通信链路的卫星并且将第一同步卫星20a反馈的第三信息通过第一激光通信链路传递至接收装置20，接收装置20基于第三信息通过姿态调整部以调节方向角和/或仰角以使得捕获跟踪瞄准装置能够捕获第一同步卫星20a发生的激光束从而以得接收装置20能够与第一同步卫星20a建立第二激光通信链路。

优选地，捕获跟踪瞄准装置包括数据发射模块、偏振分束器、第一分束器、第二分束器、捕获探测模块、跟踪探测模块、液晶光学相控阵天线和自适应控制器。数据发射模块用于生成光束发散角为θ_M1的光信号并发送到偏振分束器。偏振分束器用于对发射光束和接收光束进行分离，将从自适应液晶光学相控阵天线接收到的接收光束发送到第一分束器，并将从数据发射模块接收的发射光束发送到自适应液晶光学相控阵天线。第一分束器用于接收偏振分束器发送的接收光束，并分为两份，其中一份发送到外部数据接收模块，另一份发送到第二分束器。第二分束器用于将第一分束器发送的接收光束分为两份，其中一份发送到捕获探测模块，另一份发送到跟踪探测模块。捕获探测模块终于对接收光束进行探测，得到第一视轴误差信号e_ct和第一接收光功率P_rc，并发送到自适应控制器。跟踪探测模块用于对接收光束进行探测，得到第二视轴误差信号e_ft和第二接收光功率P_rf，并发送到自适应控制器。

实施例3

本实施例公开一种基于卫星光通信系统的海上救援方法，接收装置上的捕获跟踪瞄准终端配置为触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星发射的激光束。以使得捕获跟踪瞄准终端能够在携带有接收装置的物体的通信信道中断或者不通畅的情况下与卫星建立第一激光通信链路从而形成应急信道。在捕获跟踪瞄准终端与卫星建立第一激光通信链路之前，接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得接收装置能够与散落的通信子装置和/或即将散落的通信子装置建立通信连接从而形成在通信子装置与接收装置之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在捕获跟踪瞄准终端与卫星建立第一激光通信链路之后，接收装置能够通过第一激光通信链路将接收到通信子装置的信息与接收装置的信息以光信息的方式传递至卫星。

预选第，接收装置20被配置为：基于载体30的疑似位置以及星历数据调整捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星10a-1 发射的激光束，在捕获跟踪瞄准终端捕获了第一低轨卫星10a-1发出的激光束的情况下，接收装置20能够与第一低轨卫星10a-1建立第一激光通信链路；在捕获跟踪瞄准终端捕获第一低轨卫星10a-1发出的激光束失败的情况下，捕获跟踪瞄准终端基于载体30的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/ 或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星10a-2够接收请求光束以与第一同步卫星10a-2建立第二激光通信链路。

优选地，在捕获跟踪瞄准终端与卫星10建立激光通信链路之前，接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得接收装置能够与散落的和/或即将散落的通信子装置40建立通信连接从而形成在通信子装置 40与接收装置20之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在捕获跟踪瞄准终端与卫星10建立激光通信链路之后，接收装置20能够通过激光通信链路将接收到通信子装置40的信息与接收装置20的信息以光信息的方式传递至卫星10。优选地，在通信子装置40接收到信标信号的情况下，通信子装置40响应于信标信号以至少将其位置信息传输至接收装置20的方式建立并保持与通信子装置40的通信连接。接收装置20基于位置信息选定至少一个通信子装置40作为直接与接收装置20通信连接的中继通信子装置40a。并且接收装置20将中继通信子装置40a与边角通信子装置40b 以群组的方式生成配对信息并发送至与其通信连接的通信子装置40。在通信子装置40接受到配对信息的情况下，中继通信子装置40a直接地与接收装置20建立通信连接，边角通信子装置40b以间接地与接收装置20建立通信连接的方式和中继通信子装置40a建立通信连接，从而接收装置20能够以间接和/或直接的方式与散落的和/或即将散落的通信子装置40构成海上自主援救网络。优选地，海上自主援救网络包括子网和主网，子网是边角通信子装置40b之间相互通信形成或者边角通信子装置40b与中继通信子装置40a之间相互通信形成，主网是中继通信子装置40a与接收装置20之间相互通信形成。

优选地，本发明的系统中的接收装置20、第一低轨卫星10a-1或者第一同步卫星10b-1可以采用绿激光、蓝激光和红激光中的至少一种激光建立激光通信链路。比如，接收装置20和第一低轨卫星建立的第一激光通信链路，接收装置20向第一低轨卫星10a-1发送的数据的上行链路可以采用绿激光，第一低轨卫星10a-1向接收装置20发送数据的下行链路可以采用红激光。而用于卫星之间的通信连接，可以采用电磁波建立。边角通信子装置40b与中继通信子装置40a可以通过微波建立通信连接。中继通信子装置 40a可以通过微波与接收装置20建立通信连接。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于卫星光通信系统的便携式接收装置(20)，包括捕获跟踪瞄准终端和能够与通信子装置建立通信连接的通信模块，所述捕获跟踪瞄准终端触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星(10)发射的激光束，所述通信模块触发于异常状态或者人工请求用以与所述通信子装置建立通信连接，其特征在于，所述捕获跟踪瞄准终端能够在携带有所述接收装置(20)的载体(30)的通信信道中断或者不通畅的情况下与所述卫星(10)建立激光通信链路从而形成在所述卫星(10)与所述接收装置之间能够彼此通信的应急信道，

在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星(10)建立激光通信链路之前，所述接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得所述接收装置能够与散落的和/或即将散落的通信子装置(40)建立通信连接从而形成在所述通信子装置(40)与所述接收装置(20)之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星(10)建立所述激光通信链路之后，所述卫星(10)能够基于所述激光通信链路和所述海上自主援救网络获取所述散落的和/或即将散落的通信子装置(40)的位置信息。

2.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，在所述通信子装置(40)接收到所述信标信号的情况下，所述通信子装置(40)响应于所述信标信号以至少将其位置信息传输至所述接收装置(20)的方式建立并保持与所述通信子装置(40)的通信连接，

所述接收装置(20)基于所述位置信息选定至少一个通信子装置(40)作为直接与所述接收装置(20)通信连接的中继通信子装置(40a)，并且所述接收装置(20)将所述中继通信子装置(40a)与边角通信子装置(40b)以群组的方式生成配对信息并发送至与其通信连接的通信子装置(40)，在所述通信子装置(40)接受到所述配对信息的情况下，所述中继通信子装置(40a)直接地与所述接收装置(20)建立通信连接，所述边角通信子装置(40b)以间接地与所述接收装置(20)建立通信连接的方式和所述中继通信子装置(40a)建立通信连接，从而所述接收装置(20)能够以间接和/或直接的方式与散落的和/或即将散落的通信子装置(40)构成所述海上自主援救网络；

其中，所述海上自主援救网络包括子网和主网，所述子网是所述边角通信子装置(40b)之间相互通信形成或者所述边角通信子装置(40b)与所述中继通信子装置(40a)之间相互通信形成，所述主网是所述中继通信子装置(40a)与所述接收装置(20)之间相互通信形成。

3.如权利要求1或2所述的接收装置，其特征在于，所述接收装置(20)基于所述载体(30)的疑似位置以及星历数据调整所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星(10a-1)发射的激光束，

在所述捕获跟踪瞄准终端捕获了所述第一低轨卫星(10a-1)发出的激光束的情况下，所述接收装置(20)能够与所述第一低轨卫星(10a-1)建立第一激光通信链路；

在所述捕获跟踪瞄准终端捕获所述第一低轨卫星(10a-1)发出的激光束失败的情况下，所述捕获跟踪瞄准终端基于所述载体(30)的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星(10b-1)够接收所述请求光束以与所述第一同步卫星(10b-1)建立第二激光通信链路。

4.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于，在所述接收装置(20)能够与所述第一低轨卫星(10a-1)建立第一激光通信链路的情况下，或者所述接收装置与所述第一同步卫星(10b-1)建立第二激光通信链路的情况下，

所述第一低轨卫星(10a-1)或所述第一同步卫星(10b-1)与定位卫星建立通信连接获取所述接收装置(20)的环境信息以及所述通信子装置(40)所处位置的环境信息并将所述环境信息传递至所述接收装置(20)和/或救援中心。

5.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于，在所述接收装置(20)能够与所述第一低轨卫星(10a-1)建立第一激光通信链路的情况下，所述第一低轨卫星(10a-1)基于接收装置的位置以及星历数据选定第二低轨卫星(10a-2)或者第二同步卫星(10b-2)作为在所述第一低轨卫星(10a-1)不能覆盖所述接收装置(20)的情况下与所述接收装置(20)建立第三激光通信链路，

其中，所述第一低轨卫星(10a-1)通过第一激光通信链路将所述第二低轨卫星(10a-2)或者第二同步卫星(10b-2)的位置信息传递至所述接收装置(20)以使得所述接收装置(20)能够在所述第一低轨卫星(10a-1)不能覆盖所述接收装置(20)的情况下修正其仰角和/或方向角以与所述第二低轨卫星(10a-2)或者第二同步卫星(10b-2)建立所述第三激光链路。

6.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于，所述第一低轨卫星(10a-1)或所述第一同步卫星(10b-1)能够基于所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和方向角反演出所述接收装置(20)的位置，并且基于所述接收装置(20)的位置根据所述接收装置(20)接收到的所述通信子装置(40)的信息确定所述通信子装置(40)的位置，所述第一低轨卫星(10a-1)或所述第一同步卫星(10b-1)将所述接收装置(20)的位置以及所述通信子装置(40)的位置传递至救援中心。

7.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于，所述捕获跟踪瞄准终端在捕获所述第一低轨卫星(10a-1)发射的激光束的过程中通过机械构造模块进行姿态调整，

其中，所述机械构造模块包括承载部和姿态调整部，所述捕获跟踪瞄准终端固定安装于所述承载部，所述承载部与所述姿态调整部活动连接，从而使得所述捕获跟踪瞄准终端能够在所述姿态调整部的作用下以调整所述捕获跟踪瞄准终端的方位角和/或仰角，在所述捕获跟踪瞄准装置捕获到所述第一低轨卫星(10a-1)发射的激光束时，所述姿态调整部停止活动，并且所述捕获跟踪瞄准终端将所述方位角和所述仰角传通过所述第一激光通信链路传递至所述第一低轨卫星(10a-1)。

8.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述捕获跟踪瞄准终端包括数据发射模块、偏振分束器、第一分束器、第二分束器、捕获探测模块、跟踪探测模块、液晶光学相控阵天线和自适应控制器；

所述数据发射模块用于生成光束发散角为θ_M1的光信号并发送到所述偏振分束器；

所述偏振分束器用于对发射光束和接收光束进行分离，将从自适应液晶光学相控阵天线接收到的接收光束发送到第一分束器，并将从所述数据发射模块接收的发射光束发送到自适应液晶光学相控阵天线；

所述第一分束器用于接收所述偏振分束器发送的接收光束，并分为两份，其中一份发送到外部数据接收模块，另一份发送到第二分束器；

所述第二分束器用于将第一分束器发送的接收光束分为两份，其中一份发送到捕获探测模块，另一份发送到跟踪探测模块；

所述捕获探测模块终于对接收光束进行探测，得到第一视轴误差信号e_c(t)和第一接收光功率P_rc，并发送到所述自适应控制器；

所述跟踪探测模块用于对接收光束进行探测，得到第二视轴误差信号e_f(t)和第二接收光功率P_rf，并发送到所述自适应控制器。

9.一种基于卫星光通信系统的海上救援方法，其特征在于，接收装置(20)上的捕获跟踪瞄准终端配置为触发于异常状态或者人工请求用以捕获卫星发射的激光束，以使得所述捕获跟踪瞄准终端能够在携带有所述接收装置的物体的通信信道中断或者不通畅的情况下与所述卫星建立第一激光通信链路从而形成应急信道，

在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星建立第一激光通信链路之前，所述接收装置触发于异常状态或者人工请求发出信标信号以使得所述接收装置能够与散落的通信子装置和/或即将散落的通信子装置建立通信连接从而形成在所述通信子装置与所述接收装置之间彼此能够通信的海上自主援救网络，从而在所述捕获跟踪瞄准终端与所述卫星(10)建立所述激光通信链路之后，所述卫星(10)能够基于所述激光通信链路和所述海上自主援救网络获取所述散落的和/或即将散落的通信子装置(40)的位置信息。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收装置(20)被配置为：基于载体(30)的疑似位置以及星历数据调整所述捕获跟踪瞄准终端的仰角和/或方向角用以捕获第一低轨卫星(10a-1)发射的激光束，

在所述捕获跟踪瞄准终端捕获了所述第一低轨卫星(10a-1)发出的激光束的情况下，所述接收装置(20)能够与所述第一低轨卫星(10a-1)建立第一激光通信链路；

在所述捕获跟踪瞄准终端捕获所述第一低轨卫星(10a-1)发出的激光束失败的情况下，所述捕获跟踪瞄准终端基于所述载体(30)的疑似位置以及星历数据调整其仰角和/或方向角并发射请求光束以寻求与第一同步卫星(10b-1)够接收所述请求光束以与所述第一同步卫星(10b-1)建立第二激光通信链路。

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