CN110830116A - 一种无线光通信收/发射终端及中继、时分收/发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线光通信收/发射终端及中继、时分收/发方法，属于无线光通信领域。发射终端包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光光源、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片。接收终端包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光探测模块、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片。本发明具有发射端、接收端信标光独立、快速、指向灵活的优点，可以在保留无线光通信高增益发射端结构的同时，更加灵活地进行无线光通信终端组网设计，为多个无线光通信终端之间快速灵活组网设计提供了可能。

Description

一种无线光通信收/发射终端及中继、时分收/发方法

技术领域

本发明涉及无线光通信技术领域，特别是指一种无线光通信收/发射终端及中继、时分收/发方法。

背景技术

远距离无线光通信系统具有极强的方向性，这使得无线光通信可以以远小于微波无线通信的平均发射功率实现远距离的通信，同时极强的方向性增加了无线光通信的安全性，因为光信号只能沿发射光路截获。此外，光通信频谱属于无需政府规定划分的频谱资源，所以相比微波无线通信系统，无线光通信系统可以灵活地进行部署和使用。

常规的无线光通信系统包括一个发射端和一个接收端，发射端用于形成瞄准接收端的发射信标光束和发射信号光束，并收集接收端发出的接收信标光束。其中，发射信标光束的波束宽度宽于发射信号光束。接收端用于接收发射端发出的发射信标光束和发射信号光束，并发出接收信标光束用于辅助发射端与接收端对准。

无线光通信的强方向性导致发射光的光轴需要与接收端视场范围精确对准。传统的无线光通信系统采用发射接收端共光轴设计，通过外部伺服机构实现点对点大角度跟踪瞄准，优点是便于装调，缺点是每个终端同时只能与唯一另一个终端对准，而且机械伺服转动速度慢，跟踪时间长。此外，传统的无线光通信系统进行组网时，需要在同一个通信平台上搭载多个无线光通信终端，造成载荷和设备资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种无线光通信收/发射终端及中继、时分收/发方法，其能够提高无线光通信系统的快速组网能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无线光通信发射终端，其包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光光源、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信号光光源发出的信号光和信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得本发射端发射的信号光和信标光与对端信标光光路重合。

进一步的，所述光束位置精调装置包括振镜结构、光纤阵列、液晶光相控阵和液晶偏转光栅。

进一步的，所述镜头组结构包括滤光器、出射光的发射窗口以及入射光的捕获窗口。

进一步的，所述粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器为四象限阵列探测器、阵列探测器或CCD电荷耦合器件。

进一步的，所述信标光光源和信号光光源为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或LED光源。

一种无线光通信接收终端，其包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光探测模块、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光和对端信号光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，经过光束位置精调装置的对端信号光通过相应的光路镜片后送给信号光探测模块，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得对端信号光照射到信号光探测模块的接收范围之内，并使得本接收端发射的信标光与对端信标光光路重合。

进一步的，所述信号光探测模块为光纤耦合探测器、端面光耦合探测器、阵列探测器或光电倍增管。

一种光通信中继方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，包括以下步骤：

（2.1）通过接收端镜头组结构捕获来自光通信发射端的信标光，将信标光分路成两束光束，分别传输到粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（2.2）接收端粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息传输至驱动控制模块；

（2.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入信标光位置探测器的捕获范围之内；

（2.4）接收端信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端发出的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（2.5）接收端镜头组结构捕获发射端发射的信号光；

（2.6）发射端信号光通过接收端的光路被引导到接收端的信号光探测模块上；

（2.7）接收端信号光探测模块获取信号光对应的电信号，并将处理后的电信号传输至另一发射端接口；

（2.8）所述另一发射端的信号光光源将所述电信号转换成调制好的信号光并发出，信号光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去；

（2.9）同时，所述另一发射端的信标光光源发出信标光，信标光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去，信标光光束与信号光光束的光轴重合；

（2.10）所述另一发射端的粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器检测其他接收端发出的信标光的偏斜角度信息，通过其驱动控制模块调控本发射端光束位置精调装置，进而改变本发射端发射的信号光以及共光轴的信标光的发射角度，直至其他接收端捕获本发射端的信号光光束。

一种多束光信号的时分接收方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，接收终端以时分通信方式分别与多个发射终端进行通信，包括以下步骤：

（3.1）通过接收端的镜头组结构捕获发射端发射的信标光，并将信标光分路成两束光束，分别传输到该接收端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（3.2）接收端粗跟踪信标光探测器得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息发送给接收端的驱动控制模块；

（3.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整发射端信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入接收端信标光位置探测器的捕获范围之内；

（3.4）接收端信标光位置探测器检测发射端信标光的光轴偏斜情况，通过驱动控制模块控制光束位置精调装置，导引接收端的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（3.5）接收端镜头组结构捕获发射端的信号光；

（3.6）发射端信号光通过接收端光束位置精调装置后被引导到接收端的信号光探测模块上；

每个周期的通信完成后，以接收端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.4）～（3.6），开始下一个周期的通信；若接收端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以接收端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.2）～（3.6），开始下一个周期的通信。

一种多目标的光信号时分发送方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，发射终端以时分通信方式分别与多个接收终端进行通信，包括以下步骤：

（4.1）发射端信标光光源发出信标光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置；

（4.2）同时，发射端信号光光源发出信号光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置，发射端信号光与发射端信标光保持同光轴；

（4.3）发射端信号光和信标光通过发射端镜头组结构发射出去；

（4.4）发射端镜头组结构接收对端的信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给发射端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（4.5）发射端粗跟踪信标光探测器接收到对端信标光后，得到对端信标光的相对方向和位置，并将对端信标光的偏斜角度信息传给发射端驱动控制模块；

（4.6）发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，调整对端信标光光束的传输方向，将对端信标光导引到发射端信标光位置探测器上；

（4.7）发射端信标光位置探测器检测对端信标光的光轴偏斜情况，通过发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，导引发射端信标光指向对端位置，实现发射端信号光对对端镜头组结构的覆盖；

每个周期的通信完成后，以发射端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.7），开始下一个周期的通信；若发射端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以发射端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.5）～（4.7），开始下一个周期的通信。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、相比常规的外部机械伺服，本发明提供了一种内部光束跟踪伺服的设计方案，采用光束位置精调装置实现光束角度的快速精确调整，能使该系统终端结构比常规设计更为紧凑，更为安静，能够实现视场角范围内快速静音的跟踪瞄准，并减轻整个系统终端的体积重量功耗等消耗。光束位置精调装置可以为振镜结构、光纤阵列等可调控光束位置方向的光导引结构，将信标光进行角度位置调整，保证覆盖整个视场角范围，这种结构技术成熟，无需额外的技术研发成本。

2、相比常规的设计，本发明中的发射端与接收端光轴为相互独立的设计方案，为此在接收端配备了信标光光源。本发明的发射端和接收端能够在保证较高的光发射增益的同时灵活调整光束的指向，也可在本发明的结构的基础上结合时分通信模式，实现多单终端的多发射多接收功能。能使该无线光通信系统更灵活地实现双工、中继和快速多平台组网等多种通信需求。

3、本发明对现有的无线光通信系统进行了改进，提供一种光束指向调控方便、结构紧凑、适用于多平台灵活组网的无线光通信系统。其采用了将发射端和接收端波束指向分离的设计方案，提高光束发射和接收指向的配置灵活性；采用技术成熟的光束位置精调装置代替外部跟踪伺服装置，实现视场角范围内光束的偏转调控，提高系统的扫描跟踪速度和稳定性，同时使系统结构更加紧凑。

附图说明

图1是现有常规无线光通信系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中的发射终端的结构示意图。

图3是本发明实施例中接收终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种无线光通信发射终端，其包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光光源、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信号光光源发出的信号光和信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得本发射端发射的信号光和信标光与对端信标光光路重合。

进一步的，所述光束位置精调装置包括振镜结构、光纤阵列、液晶光相控阵和液晶偏转光栅。

进一步的，所述镜头组结构包括滤光器、出射光的发射窗口以及入射光的捕获窗口。

进一步的，所述粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器为四象限阵列探测器、阵列探测器或CCD电荷耦合器件。

进一步的，所述信标光光源和信号光光源为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或LED光源。

一种无线光通信接收终端，其包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光探测模块、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光和对端信号光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，经过光束位置精调装置的对端信号光通过相应的光路镜片后送给信号光探测模块，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得对端信号光照射到信号光探测模块的接收范围之内，并使得本接收端发射的信标光与对端信标光光路重合。

进一步的，所述信号光探测模块为光纤耦合探测器、端面光耦合探测器、阵列探测器或光电倍增管。

一种光通信中继方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，包括以下步骤：

（2.1）通过接收端镜头组结构捕获来自光通信发射端的信标光，将信标光分路成两束光束，分别传输到粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（2.2）接收端粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息传输至驱动控制模块；

（2.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入信标光位置探测器的捕获范围之内；

（2.4）接收端信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端发出的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（2.5）接收端镜头组结构捕获发射端发射的信号光；

（2.6）发射端信号光通过接收端的光路被引导到接收端的信号光探测模块上；

（2.7）接收端信号光探测模块获取信号光对应的电信号，并将处理后的电信号传输至另一发射端接口；

（2.8）所述另一发射端的信号光光源将所述电信号转换成调制好的信号光并发出，信号光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去；

（2.9）同时，所述另一发射端的信标光光源发出信标光，信标光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去，信标光光束与信号光光束的光轴重合；

（2.10）所述另一发射端的粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器检测其他接收端发出的信标光的偏斜角度信息，通过其驱动控制模块调控本发射端光束位置精调装置，进而改变本发射端发射的信号光以及共光轴的信标光的发射角度，直至其他接收端捕获本发射端的信号光光束。

一种多束光信号的时分接收方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，接收终端以时分通信方式分别与多个发射终端进行通信，包括以下步骤：

（3.1）通过接收端的镜头组结构捕获发射端发射的信标光，并将信标光分路成两束光束，分别传输到该接收端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（3.2）接收端粗跟踪信标光探测器得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息发送给接收端的驱动控制模块；

（3.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整发射端信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入接收端信标光位置探测器的捕获范围之内；

（3.4）接收端信标光位置探测器检测发射端信标光的光轴偏斜情况，通过驱动控制模块控制光束位置精调装置，导引接收端的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（3.5）接收端镜头组结构捕获发射端的信号光；

（3.6）发射端信号光通过接收端光束位置精调装置后被引导到接收端的信号光探测模块上；

每个周期的通信完成后，以接收端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.4）～（3.6），开始下一个周期的通信；若接收端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以接收端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.2）～（3.6），开始下一个周期的通信。

一种多目标的光信号时分发送方法，其应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如上所述的无线光通信发射终端以及无线光通信接收终端，发射终端以时分通信方式分别与多个接收终端进行通信，包括以下步骤：

（4.1）发射端信标光光源发出信标光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置；

（4.2）同时，发射端信号光光源发出信号光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置，发射端信号光与发射端信标光保持同光轴；

（4.3）发射端信号光和信标光通过发射端镜头组结构发射出去；

（4.4）发射端镜头组结构接收对端的信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给发射端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（4.5）发射端粗跟踪信标光探测器接收到对端信标光后，得到对端信标光的相对方向和位置，并将对端信标光的偏斜角度信息传给发射端驱动控制模块；

（4.6）发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，调整对端信标光光束的传输方向，将对端信标光导引到发射端信标光位置探测器上；

（4.7）发射端信标光位置探测器检测对端信标光的光轴偏斜情况，通过发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，导引发射端信标光指向对端位置，实现发射端信号光对对端镜头组结构的覆盖；

每个周期的通信完成后，以发射端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.7），开始下一个周期的通信；若发射端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以发射端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.5）～（4.7），开始下一个周期的通信。

具体来说，图2所示为发射终端200的结构示意图。图中，201为信标光光源，202为信号光光源，203为光束位置精调装置，204为镜头组结构，205为信标光位置探测器，206为光路处理镜片组，207为粗跟踪信标光探测器。其中，信标光光源、信号光光源可以为至少一个，其数量保持相同，且每一束发出的信号光光束都有对应的信标光光束与之保持共光轴。光束位置精调装置数量至少为一个。

图3所示为接收终端300的结构示意图。图中，301为信标光光源，302为信标光位置探测器，303为光束位置精调装置，304为镜头组结构，305为信号光探测模块，306为光路处理镜片组，307为粗跟踪信标光探测器。

发射终端200和接收终端300可以组成无线光通信系统。

图1为现有技术中的无线光通信系统100的结构示意图。其由发射端子系统110和接收端子系统120组成。图中，111为发射端发出的信标光光束，112为发射端发出的信号光光束，121为接收端发出的信标光光束。

可见，现有技术的无线光通信系统为一体化结构，无法实现灵活通信。而本发明所示现的光通信系统能够改善跟踪瞄准流程、增加跟瞄速度，并具有可快速组网的特点，能够实现单个终端快速灵活中继组网、时分通信中单个接收端接收多个发射端发出的信号光、单个发射端发出信号光到多个终端的方法。

具体来说，单个终端快速灵活中继组网的光通信方法主要包括以下步骤：

（1.1）用接收端镜头组结构捕获来自自由空间光通信发射端的信标光，将信标光通过光路分路处理成两束光束，分别传输到粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（1.2）用粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，将信标光方向位置信息传输至光束位置精调装置；

（1.3）用光束位置精调装置捕获所述的发射端信标光，根据粗跟踪信标光探测器传入的信标光方向位置信息控制信标光波束传输方向，将信标光导引到信标光位置探测器上；

（1.4）用所述的信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端的信标光指向自由空间发射端位置，实现自由空间发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖，该信标光位置探测器位于所述镜头组结构的焦平面上；

（1.5）用镜头组结构捕获所述的发射端发射的信号光；

（1.6）用光束位置精调装置捕获所述的发射端信号光，并将信号光引导到信号光探测模块中的光探测单元上，该信号光探测器模块位于所述镜头组结构的焦平面上；

（1.7）用信号光探测模块获取信号光对应的电信号，并将处理后的电信号传输至发射端接口；

（1.8）用发射端信号光光源接收经过信号处理的电信号，并将电信号转换成调制好的信号光发射出去，发射的信号光经由光处理镜片组、发射端光束位置精调装置和发射端镜头组模块，发射到自由空间；

（1.9）用信标光光源发射信标光，经光路处理镜片组、光束位置精调装置和发射端镜头组模块，发射到自由空间，保持信标光光束与对应信号光光束光轴重合；

（1.10）用所述的发射端粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器检测自由空间中光通信接收端发出的信标光角度位置偏斜信息，调控所述的发射端光束位置精调装置调控发射的信号光和共光轴的信标光的发射角度，直至自由空间中的接收端捕获信号光光束。

在时分通信模式下实现单个终端接受多个发射端发出的光信号的光通信方法主要包括以下步骤：

（2.1）用接收端镜头组结构捕获所述的自由空间中发射端发射的信标光，并将信标光通过光路分路处理成两束光束，分别传输到接收单粗跟踪信标光探测器和接收端光束位置精调装置；

（2.2）用所述的粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，根据信标光方向位置信息驱动接收端光束位置精调装置，粗跟踪信标光探测器实时监控入射信标光位置和数量的变化；

（2.3）用所述的光束位置精调装置捕获所述的自由空间发射端信标光，根据粗跟踪信标光探测器传入的信标光方向位置信息控制信标光波束传输方向，将信标光导引到接收端信标光位置探测器上；

（2.4）用所述的信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端的信标光指向自由空间发射端位置，实现自由空间发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（2.5）用镜头组结构捕获所述的发射端发射的信号光；

（2.6）用光束位置精调装置捕获所述的发射端信号光，并将信号光引导到信号光探测模块中的光探测单元上，该信号光探测器模块位于所述镜头组结构的焦平面上；

（2.7）时分通信模式下，当所述的粗跟踪信标光探测器监测到入射信标光的位置和数量发生变化时，驱动接收端光束位置精调装置调控信标光光束与不同的自由空间中的通信终端建立光通信连接；

在时分通信模式下实现单个终端发射多束信号光到多个接收端的光通信方法主要包括以下步骤：

（3.1）用发射端信标光光源发射信标光，经光路处理镜片组传输到对应的光束位置精调装置；

（3.2）用发射端信号光光源发射信号光，经光路处理镜片组传输到发射端光束位置精调装置，保证所述的信号光有对应的一路信标光保持同光轴；

（3.3）用所述的光束位置精调装置对接收的信号光和信标光进行波束指向调控，并将信号光导引到发射端镜头组结构；

（3.4）用所述的镜头组结构将信号光和信标光发射到自由空间中；

（3.5）用所述的镜头组结构捕获自由空间中接收端发射的信标光，并将信标光通过光路分路处理成两束光束，分别传输到发射端粗跟踪信标光探测器和发射端光束位置精调装置；

（3.6）用所述的粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，根据信标光方向位置信息驱动发射端光束位置精调装置，粗跟踪信标光探测器实时监控入射信标光位置和数量的变化；

（3.7）用所述的光束位置精调装置捕获所述的自由空间接收端信标光，根据粗跟踪信标光探测器传入的信标光方向位置信息控制信标光波束传输方向，将信标光导引到发射端信标光位置探测器上；

（3.8）用信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端的信标光指向自由空间接收端位置，实现发射端信号光对自由空间接收端镜头组结构的覆盖；

（3.9）时分通信模式下，当所述的粗跟踪信标光探测器监测到入射信标光的位置和数量发生变化时，驱动发射端光束位置精调装置调控信标光光束与不同的自由空间中的通信终端建立光通信连接。

总之，本发明突破了传统无线光通信装置局限在单终端-单终端的固定通信模式，可以在保留无线光通信高增益发射端结构的同时，更加灵活地进行无线光通信终端组网设计，为多个无线光通信终端之间快速灵活组网设计提供了可能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无线光通信发射终端，其特征在于，包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光光源、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信号光光源发出的信号光和信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得本发射端发射的信号光和信标光与对端信标光光路重合。

2.根据权利要求1所述的无线光通信发射终端，其特征在于，所述光束位置精调装置包括振镜结构、光纤阵列、液晶光相控阵和液晶偏转光栅。

3.根据权利要求1所述的无线光通信发射终端，其特征在于，所述镜头组结构包括滤光器、出射光的发射窗口以及入射光的捕获窗口。

4.根据权利要求1所述的无线光通信发射终端，其特征在于，所述粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器为四象限阵列探测器、阵列探测器或CCD电荷耦合器件。

5.根据权利要求1所述的无线光通信发射终端，其特征在于，所述信标光光源和信号光光源为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或LED光源。

6.一种无线光通信接收终端，其特征在于，包括光束位置精调装置、镜头组结构、信号光探测模块、粗跟踪信标光探测器、信标光位置探测器、驱动控制模块、信标光光源和光路镜片，所述光束位置精调装置、信标光位置探测器和粗跟踪信标光探测器均与所述驱动控制模块电连接；其中，

信标光光源发出的信标光依次经过光束位置精调装置和镜头组结构发射出去，同时，镜头组结构接收其他光通信终端发来的对端信标光和对端信号光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置，经过光束位置精调装置的对端信标光通过相应的光路镜片后送给信标光位置探测器，经过光束位置精调装置的对端信号光通过相应的光路镜片后送给信号光探测模块，所述粗跟踪信标光探测器根据对端信标光的照射位置输出偏斜角度信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行相应调整，使得对端信标光照射到信标光位置探测器的接收范围之内，所述信标光位置探测器根据对端信标光的照射位置输出角度精调信息给驱动控制模块，在驱动控制模块的控制下，光束位置精调装置进行进一步调整，使得对端信号光照射到信号光探测模块的接收范围之内，并使得本接收端发射的信标光与对端信标光光路重合。

7.根据权利要求6所述的无线光通信接收终端，其特征在于，所述信号光探测模块为光纤耦合探测器、端面光耦合探测器、阵列探测器或光电倍增管。

8.一种光通信中继方法，其特征在于，应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如权利要求1所述的无线光通信发射终端以及如权利要求6所述的无线光通信接收终端，包括以下步骤：

（2.1）通过接收端镜头组结构捕获来自光通信发射端的信标光，将信标光分路成两束光束，分别传输到粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（2.2）接收端粗跟踪信标光探测器接收信标光，得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息传输至驱动控制模块；

（2.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入信标光位置探测器的捕获范围之内；

（2.4）接收端信标光位置探测器检测信标光光轴偏斜情况，导引接收端发出的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（2.5）接收端镜头组结构捕获发射端发射的信号光；

（2.6）发射端信号光通过接收端的光路被引导到接收端的信号光探测模块上；

（2.7）接收端信号光探测模块获取信号光对应的电信号，并将处理后的电信号传输至另一发射端接口；

（2.8）所述另一发射端的信号光光源将所述电信号转换成调制好的信号光并发出，信号光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去；

（2.9）同时，所述另一发射端的信标光光源发出信标光，信标光经过该发射端的光路镜片、光束位置精调装置和镜头组结构最终发射出去，信标光光束与信号光光束的光轴重合；

（2.10）所述另一发射端的粗跟踪信标光探测器和信标光位置探测器检测其他接收端发出的信标光的偏斜角度信息，通过其驱动控制模块调控本发射端光束位置精调装置，进而改变本发射端发射的信号光以及共光轴的信标光的发射角度，直至其他接收端捕获本发射端的信号光光束。

9.一种多束光信号的时分接收方法，其特征在于，应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如权利要求1所述的无线光通信发射终端以及如权利要求6所述的无线光通信接收终端，接收终端以时分通信方式分别与多个发射终端进行通信，包括以下步骤：

（3.1）通过接收端的镜头组结构捕获发射端发射的信标光，并将信标光分路成两束光束，分别传输到该接收端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（3.2）接收端粗跟踪信标光探测器得到信标光的相对方向和位置，将信标光的偏斜角度信息发送给接收端的驱动控制模块；

（3.3）接收端驱动控制模块对接收端光束位置精调装置进行控制，调整发射端信标光光束的传输方向，使发射端信标光落入接收端信标光位置探测器的捕获范围之内；

（3.4）接收端信标光位置探测器检测发射端信标光的光轴偏斜情况，通过驱动控制模块控制光束位置精调装置，导引接收端的信标光指向发射端位置，实现发射端信号光对接收端镜头组结构的覆盖；

（3.5）接收端镜头组结构捕获发射端的信号光；

（3.6）发射端信号光通过接收端光束位置精调装置后被引导到接收端的信号光探测模块上；

每个周期的通信完成后，以接收端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.4）～（3.6），开始下一个周期的通信；若接收端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以接收端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的发射端信标光光束，重复步骤（3.2）～（3.6），开始下一个周期的通信。

10.一种多目标的光信号时分发送方法，其特征在于，应用于无线光通信系统，所述无线光通信系统包括如权利要求1所述的无线光通信发射终端以及如权利要求6所述的无线光通信接收终端，发射终端以时分通信方式分别与多个接收终端进行通信，包括以下步骤：

（4.1）发射端信标光光源发出信标光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置；

（4.2）同时，发射端信号光光源发出信号光，经相应的光路镜片传输到发射端的光束位置精调装置，发射端信号光与发射端信标光保持同光轴；

（4.3）发射端信号光和信标光通过发射端镜头组结构发射出去；

（4.4）发射端镜头组结构接收对端的信标光，通过相应光路镜片的分光后，对端信标光分别被送给发射端的粗跟踪信标光探测器和光束位置精调装置；

（4.5）发射端粗跟踪信标光探测器接收到对端信标光后，得到对端信标光的相对方向和位置，并将对端信标光的偏斜角度信息传给发射端驱动控制模块；

（4.6）发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，调整对端信标光光束的传输方向，将对端信标光导引到发射端信标光位置探测器上；

（4.7）发射端信标光位置探测器检测对端信标光的光轴偏斜情况，通过发射端驱动控制模块驱动发射端光束位置精调装置，导引发射端信标光指向对端位置，实现发射端信号光对对端镜头组结构的覆盖；

每个周期的通信完成后，以发射端信标光位置探测器所捕获到的光束中最接近信标光位置探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.7），开始下一个周期的通信；若发射端信标光位置探测器捕获范围内没有其他信标光光束，则以发射端粗跟踪信标光探测器所捕获到的光束中最接近粗跟踪信标光探测器基准点的另一个光束作为新的对端信标光光束，重复步骤（4.5）～（4.7），开始下一个周期的通信。

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