CN111294114A - 光通信节点、中继节点和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光通信节点、中继节点和光通信系统，涉及光通信领域，用于解决地空之间采用空间激光通信时受大气气象条件影响或采用微波通信时传输带宽受限的问题。一种光通信节点，包括：地面装置、空间光通信装置、主悬浮装置、系留光缆，空间光通信装置安装于主悬浮装置上，主悬浮装置通过系留光缆连接至地面装置，系留光缆中包括至少一根光纤，地面装置通过光纤与空间光通信装置通信，其中，空间光通信装置用于与远程空间节点进行激光通信，主悬浮装置用于为主悬浮装置本身、系留光缆以及空间光通信装置提供悬浮在空间中的浮力。

Description

光通信节点、中继节点和光通信系统

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种光通信节点、中继节点和光通信系统。

背景技术

空间网络技术近年来逐渐成为广受关注的新兴技术方向，空间网络系统是指利用空间平台承载通信设备，在离地面一定高度的空间组建的一个通信系统，空间平台包括：卫星、气球、飞机、飞艇等。

如图1所示，在该系统中，在地面站点101与空间平台102之间主要用到微波和空间激光通信技术。例如，空间平台相互之间主要采用空间激光通信互联；在地面站点与空间平台之间，主要采用微波通信互联，部分采用空间激光通信互联。

地面站点与空间平台之间如果用空间激光通信互联，则会受到大气气象条件的影响；如果采用微波通信互联，则传输带宽受限。

发明内容

本申请实施例提供一种光通信节点、中继节点和光通信系统，用于解决地空之间采用空间激光通信时受大气气象条件影响或采用微波通信时传输带宽受限的问题。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种光通信节点，包括：地面装置、空间光通信装置、主悬浮装置、系留光缆，空间光通信装置安装于主悬浮装置上，主悬浮装置通过系留光缆连接至地面装置，系留光缆中包括至少一根光纤，地面装置通过光纤与空间光通信装置通信，其中，空间光通信装置用于与远程空间节点进行激光通信，主悬浮装置用于为主悬浮装置本身、系留光缆以及空间光通信装置提供悬浮在空间中的浮力。本申请实施例提供的光通信节点，地面装置、空间光通信装置之间通过系留光缆进行通信，解决地空之间采用空间激光通信时受大气气象条件影响或采用微波通信时传输带宽受限的问题。

在一种可能的实施方式中，地面装置包括接收单元，接收单元用于通过光纤从空间光通信装置接收光信号；接收单元包括控制模块、N个相干接收机、以及波分复用器WDM，N为正整数；接收单元还包括1个可调光衰减器VOA，VOA的输入连接光纤，VOA的输出通过WDM连接N个相干接收机的输入；控制模块用于获取N个相干接收机输出的光信号的功率的最大值，根据最大值调节VOA的衰减值，使得衰减值对应的最大功率不超过N个接收机的损伤阈值；或者，接收单元还包括N个VOA，WDM的输入连接光纤，WDM的输出通过N个VOA分别连接N个相干接收机的输入；控制模块用于获取第i个相干接收机输出的光信号的功率，根据功率调节对应的第i个VOA的衰减值，使得衰减值对应的最大功率不超过第i个相干接收机的损伤阈值，1≤i≤N。该实施方式提供了地面装置的一种结构。

在一种可能的实施方式中，空间光通信装置包括光天线、捕获跟踪瞄准ATP系统、第一光放大器和第二光放大器，第一光放大器用于对发射的光信号进行放大，第二光放大器用于对接收的光信号进行放大，光天线用于从第一光放大器接收放大后的光信号并发射到空间中，还用于从空间中接收光信号并发送给第二光放大器进行放大，该ATP系统用于与中继节点或光通信节点进行对准。该实施方式提供了一种空间光通信装置的结构。

在一种可能的实施方式中，在系留光缆和主悬浮装置结合处设置有光缆转动接头，光缆转动接头包括光纤缠绕机构和光纤储存结构，光纤缠绕机构安装在主悬浮装置中轴线处，系留光缆中的光纤在光纤储存结构中盘绕后，缠绕在光纤缠绕机构上，然后连接至空间光通信装置；当主悬浮装置围绕中轴线沿第一方向旋转时，带动光纤缠绕机构及缠绕在光纤缠绕机构上的系留光缆中的光纤沿第一方向旋转，使得系留光缆中的光纤从光纤储存结构中拉出，被拉出的系留光缆中的光纤缠绕到光纤缠绕机构上；当主悬浮装置围绕中轴线沿第一方向的相反方向旋转时，带动光纤缠绕机构及缠绕在光纤缠绕机构上的系留光缆中的光纤沿第一方向的相反方向旋转，使得系留光缆中的光纤从光纤缠绕机构上解缠绕，解缠绕的系留光缆中的光纤收回至光纤储存结构中。该实施方式提供了系留光缆和主悬浮装置之间的一种连接方式，可以解决气球旋转导致系留光缆中的光纤断裂的问题。

在一种可能的实施方式中，在主悬浮装置上还安装有动力装置，动力装置用于驱动主悬浮装置围绕中轴线沿第一方向的相反方向旋转。该动力装置可以将系留光缆收回至光纤储存结构中，进一步防止系留光缆断裂。

在一种可能的实施方式中，光缆转动接头安装在主悬浮装置的中轴线内部或上方，系留光缆穿过主悬浮装置，通过光缆转动接头连接至空间光通信装置；在主悬浮装置与系留光缆的结合处设置有第一轴承结构。该实施方式提供了光缆转动接头的另一种安装方式。

在一种可能的实施方式中，光通信节点还包括至少一个辅悬浮装置，辅悬浮装置固定在地面装置与主悬浮装置之间的系留光缆上。辅悬浮装置可以帮助减轻主悬浮装置的负担。

在一种可能的实施方式中，主悬浮装置为气球或飞艇。该实施方式提供了主悬浮装置的几种可能性。

在一种可能的实施方式中，空间光通信装置和主悬浮装置悬浮于平流层。该实施方式提供了整个空间光通信装置和主悬浮装置工作的位置。

第二方面，提供了一种中继节点，包括：空间光通信装置和主悬浮装置，空间光通信装置安装于主悬浮装置上；空间光通信装置包括：第一光天线、第一捕获跟踪瞄准ATP系统、第二光天线、第二ATP系统、第一光放大器和第二光放大器；第一光天线安装于第一ATP系统上，第二光天线安装于第二ATP系统上，第一光天线的输出连接第一光放大器的输入，第一光放大器的输出连接第二光天线的输入；第二光天线的输出连接第二光放大器的输入，第二光放大器的输出连接第一光天线的输入。中继节点用于扩大光通信节点进行光通信时的传输距离。

在一种可能的实施方式中，主悬浮装置为系留气球、浮空气球或飞艇。该实施方式提供了主悬浮装置的几种可能形式。

第三方面，提供了一种中继节点，中继节点为光通信卫星。该实施方式提供了中继节点的另一种可能的形式。

第四方面，提供了一种光通信系统，包括至少两个如第一方面及其任一实施方式所述的光通信节点。

在一种可能的实施方式中，还包括至少一个如第二方面及其任一实施方式所述的中继节点，或者，还包括至少一个如第三方面所述的中继节点，所述光通信节点与所述中继节点之间通过激光进行通信。

第四方面的各种可能实施方式的技术效果可以参照第一方面至第三方面的各种可能实施方式所述内容。

附图说明

图1为现有技术中微波和空间激光通信系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光通信系统的架构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光通信节点的结构示意图一；

图4为本申请实施例提供的一种光通信节点的结构示意图二；

图5为本申请实施例提供的一种光天线的结构示意图一；

图6为本申请实施例提供的一种光天线的结构示意图二；

图7为本申请实施例提供的一种发射单元的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种接收单元的结构示意图一；

图9为本申请实施例提供的一种接收单元的结构示意图二；

图10为本申请实施例提供的一种光缆转动接头的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种光缆转动接头和轴承结构的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种中继节点的结构示意图一；

图13为本申请实施例提供的一种中继节点的结构示意图二。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种光通信系统，可用于需要高稳定、大带宽、空地一体化的长途干线传输场景。

如图2所示，光通信系统包括：至少两个光通信节点20，两个光通信节点20之间通过空间激光进行通信。可选的，光通信系统还可以包括至少一个中继节点30。光通信节点20与中继节点30之间通过空间激光进行通信。光通信节点20与地面之间通过光纤进行通信。中继节点30用于扩大光通信节点20进行光通信时的传输距离。

图2中描述的只是单一链路，本申请实施例包括但不限于多个链路、二维或三维立体链路。

本申请实施例提供了一种光通信节点，如图3所示，该光通信节点20包括：地面装置21、空间光通信装置22、主悬浮装置23、系留光缆24。

空间光通信装置22安装于主悬浮装置23上，主悬浮装置23通过系留光缆24连接至地面装置21。系留光缆24中包括至少一根光纤，光纤可以为单模光纤或多模光纤。地面装置21通过光纤与空间光通信装置22进行通信。空间光通信装置22用于与远程空间节点进行激光通信，远程空间节点可以为其他光通信节点或中继节点。主悬浮装置23用于为主悬浮装置23本身、系留光缆24以及空间光通信装置22提供悬浮在空间中的浮力。空间光通信装置22和主悬浮装置23悬浮在大气平流层，平流层根据不同地理位置高度不同，可以为12-30km。

可选的，如图4所示，光通信节点还可以包括至少一个辅悬浮装置25，辅悬浮装置25固定在地面装置21与主悬浮装置23之间的系留光缆24上，辅悬浮装置25用于减轻主悬浮装置23的负担。主悬浮装置23或辅悬浮装置25可以为气球、飞艇等。在主悬浮装置23上还可以放置太阳能电池板、或其他载荷，例如储能装置、气压控制系统、动力装置、全球定位系统(global positioning system，GPS)等。

空间光通信装置22包括光天线221、捕获跟踪瞄准(acquisition trackingpointing，ATP)系统222、第一光放大器223和第二光放大器224。

第一光放大器223用于对发射的光信号进行放大，第二光放大器224用于对接收的光信号进行放大。其中，第一光放大器223可以为高功率光放大器。高功率光放大器主要用于对发射的光信号进行放大，确保输出的光信号功率足够大，能够适配长跨距的节点间距。高功率光放大器能够确保单个波长的输出功率大于0.5mW。高功率光放大器的使用，能够充分利用空间信道无非线性效应、无色散、低衰减的优势，使得在保证通信带宽的前提下依然能够保证节点之间的间距足够大，充分发挥空间光通信长跨距的优势。第二光放大器224的后端是系留光缆，因此不强制要求其具有高功率输出的特性，普通的适用于光纤网络中的光放大器即可以满足要求。

光天线221用于从第一光放大器223接收放大后的光信号并发射到空间中，还用于从空间中接收光信号并发送给第二光放大器224进行放大。ATP系统222用于与其他中继节点或其他光通信节点进行对准。

下面对光天线221和ATP系统222可能的实施方式进行描述：

在一种可能的实施方式中，如图5所示，光天线221包括望远镜2211、收发光路2212、收发分离模块2213。望远镜2211用于扩束发射的光信号，降低其发散角，以及接收从对应站点传输过来的光信号。望远镜2211口径的典型值为150mm。收发光路2212对收发的光信号进行处理(例如缩束等)，使光天线与光纤系统更好地结合在一起。收发分离模块2213可以利用收发的光信号的频率的不同，或者，利用收发光信号的空间的尺寸和位置的不同来对收发的光信号进行分离。

ATP系统222包括小口径望远镜2221、收发分离模块2222、位置探测器2223、跟瞄反馈处理模块2224、驱动模块2225。驱动模块2225包括可旋转的转台、弧摆台、陀螺仪、电机/压电陶瓷驱动反射镜等，驱动模块2225的典型旋转角度为360°，俯仰的典型摆动角度为±30°。小口径望远镜2221用于发射和接收信标激光。收发分离模块2222用于对收发的信标激光进行分离。位置探测器用于对接收到的信标激光进行探测，并将信标激光的光斑中心位置输出给跟瞄反馈处理模块2224，跟瞄反馈处理模块2224计算出脱靶量，并控制驱动模块2225，控制相应的反馈控制机构(例如转台、弧摆台，振镜等)进行运动，使得光天线221跟随ATP系统222进行运动。光天线221以及ATP系统222的运动会反过来影响信标激光的光斑在光斑探测器2223上的中心位置，因此ATP系统是一个闭环的反馈控制回路。ATP系统222的典型精度(1sigma)小于20urad。

可选的，ATP系统222还可以包括信标激光器2226，用于发射信标激光。

在另一种可能的实施方式中，如图6所示，光天线221包括望远镜2211、收发光路2212、收发分离模块2213、信标光分离模块2214。望远镜2211除了具有扩束发射的光信号，降低其发散角，以及接受从对应站点传输过来的光信号等功能外，还承担了小口径望远镜2221的功能，即发射和接收信标激光。信标光分离模块2214用于将信标激光与光信号分离。其他模块的功能见前面描述，在此不再重复。

ATP系统222包括收发分离模块2222、位置探测器2223、跟瞄反馈处理模块2224、驱动模块2225。可选的，ATP系统222还可以包括信标激光器2226。关于上述各模块的功能见前面描述，在此不再重复。

上述只是ATP系统及其与光天线的结合的几种可能实施方式，本申请并不限定。

地面装置21包括发射单元211和接收单元212，用于实现相干光通信的光电转换。发射单元211用于通过光纤向空间光通信装置22发射光信号，接收单元212用于通过光纤从所述空间光通信装置22接收光信号。

如图7所示，发射单元211包括M个相干发射机2111，第一波分复用器(wavelengthdivision multiplexing，WDM)2112、掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier，EDFA)2113。M为正整数。

相干发射机2111发射的光信号经过第一WDM 2112波分复用以及EDFA 2113放大后，通过系留光缆24中的光纤发送给空间光通信装置22的第一光放大器223，经过第一光放大器223放大后通过光天线221发射出去。相干发射机2111用于对光信号进行相干调制。

如图8和9所示，接收单元212包括控制模块2121、N个相干接收机2122、第二WDM2123。N为正整数。如图8所示，接收单元212可以包括1个可调光衰减器(variableopticalattenuator，VOA)2124，VOA 2124的输入连接光纤，VOA 2124的输出通过第二WDM2123连接N个相干接收机2122的输入。或者，如图9所示，接收单元212可以包括N个VOA2124，第二WDM 2123的输入连接光纤，第二WDM 2123的输出通过N个VOA 2124分别连接N个相干接收机2122的输入。相干接收机2122用于对光信号进行相干解调。

控制模块2121用于根据N个相干接收机2122输出的光信号的功率调节VOA 2124的衰减值，使得进入到相干接收机2122的光信号的功率不超过损伤阈值。

在接收单元212中通过VOA 2124调节光信号的衰减值的原因是：光放大器主要工作在恒定功率输出模式，空间光通信过程中光强抖动比较大，因此一旦空间光通信的业务有变动(例如，发射的光通信波长数目增减)，会带来每一个波长的功率的变动，进而可能导致进入到相干接收机2122的光信号的功率超过其损伤阈值，损坏相干接收机2122。加入了VOA 2124以及相应的控制模块2121后，可以实时调节进入到相干接收机2122的光信号的功率，降低了相干接收机2122损坏的风险。

具体的，对于图8中VOA 2124的衰减值的控制方法为：控制模块2121获取N个相干接收机2122输出的光信号的功率的最大值，根据最大值调节VOA 2124的衰减值，使得该衰减值对应的最大功率不超过N个接收机的损伤阈值。该原理是可行的，因为空间信道对相干波分系统内的不同的波长的衰减基本相同(或者说衰减的相对比例是固定的)，只要统一将最大功率控制在相干接收机的损伤阈值以下，就可以确保系统正常工作。

对于图9中VOA 2124的衰减值的控制方法为：控制模块2121获取第i个相干接收机2122输出的光信号的功率，反馈调节对应的第i个VOA 2124的衰减值，使得该衰减值对应的最大功率不超过第i个相干接收机的损伤阈值。1≤i≤N。

图8中接收单元212相对于图9中接收单元212，由于只放置了一个VOA，减少了VOA的数量，简化了系统，降低了成本。图9中接收单元212相对于图8中接收单元212，控制更准确，使得每个相干接收机2122输出的光信号的功率尽量大。

光天线221从空间接收的光信号经过第二光放大器224放大后，通过系留光缆24中的光纤传输至接收单元212。

相干发射机2111或相干接收机2122，在单个波长的通信码率的通常在50Gbps及以上。

需要说明的是，本申请示例性的仅以一套相干发射机2111、相干接收机2122、空间光通信装置22为例进行说明，可以根据需要在地面装置21布置多套相干发射机2111和相干接收机2122，在主悬浮装置23上布置多套空间光通信装置22。

由于主悬浮装置23在空中有可能有旋转运动，为了不让主悬浮装置23的旋转运动造成系留光缆24断裂，因此在系留光缆24和主悬浮装置23结合处设置有光缆转动接头。由于在本申请实施例中，需要与高速相干光系统结合，因此需要系留光缆24中至少包括一根光纤，且插损足够小。传统的光缆转动接头都是通过将光信号转到自由空间，然后再由自由空间转到光纤中。这样虽然能够抵消旋转运动的影响，但是会带来额外的插损，尤其是针对有多根光纤的光缆转动接头，插损会非常大(>4dB)，因此不适应于高速相干光通信场景。

因此，本申请实施例提供的光缆转动接头用于连接主悬浮装置23和系留光缆24，可以抵消主悬浮装置23与系留光缆24之间的相对旋转运动。

如图10所示，在主悬浮装置23和系留光缆24的结合处设置有光缆转动接头90，其中，光缆转动接头90包括：光纤缠绕机构91和光纤储存结构92，光纤缠绕机构91安装在主悬浮装置23中轴线处，系留光缆24中的光纤在光纤储存结构92中盘绕后，缠绕在光纤缠绕机构91上，然后连接至空间光通信装置22，系留光缆24中的光纤连接至空间光通信装置22的第一光放大器223和第二光放大器224。

当主悬浮装置23围绕中轴线沿第一方向旋转时，带动光纤缠绕机构91及缠绕在光纤缠绕机构91上的系留光缆24中的光纤沿第一方向旋转，使得系留光缆24中的光纤从光纤储存结构92中拉出，被拉出的系留光缆24中的光纤缠绕到光纤缠绕机构91上。当主悬浮装置23围绕中轴线沿第一方向的相反方向旋转时，带动光纤缠绕机构91及缠绕在光纤缠绕机构91上的系留光缆24中的光纤沿第一方向的相反方向旋转，使得系留光缆24中的光纤从光纤缠绕机构91上解缠绕，解缠绕的系留光缆24中的光纤收回至光纤储存结构92中。

为了使系留光缆24中的光纤不至于完全缠绕到光纤缠绕机构91上以至于拉伸断裂，在主悬浮装置23上还可以设置有动力装置，在气流平稳的情况下，动力装置缓慢驱动主悬浮装置23围绕中轴线沿第一方向的相反方向旋转，使得大部分的系留光缆24中的光纤从光纤缠绕机构91上收回至光纤储存结构92中。

光纤缠绕机构91可以为缠绕棒或者双向缠绕的光纤盘，光纤储存结构92可以为光纤盘。光纤储存结构92内光纤的长度可以大于10m。

图10所示的光缆转动接头90安装在主悬浮装置23的中轴线下方，如图11所示，光缆转动接头90还可以安装在主悬浮装置23的中轴线内部或上方，系留光缆24穿过主悬浮装置23，通过光缆转动接头90连接至空间光通信装置22。在主悬浮装置23与系留光缆24的结合处设置有第一轴承结构28。

可选的，如图11所示，主悬浮装置23还包括辅助缆绳26，辅助缆绳26用于固定系留光缆。在辅助缆绳26与系留光缆24的结合处设置有第二轴承结构27。

由于ATP系统222中包含可以360°旋转的转台，因此，可以在不通信的时候通过转台的转动来释放缠绕光纤缠绕机构91上的系留光缆24，因而不需要在主悬浮装置23上另外设置动力装置，减轻了主悬浮装置23的负载。

如图12所示，本申请实施例提供了一种中继节点30，包括：空间光通信装置31和主悬浮装置32，空间光通信装置31安装于主悬浮装置32上。空间光通信装置31包括：第一光天线3101、第一ATP系统3102、第二光天线3103、第二ATP系统3104、第一光放大器3105和第二光放大器3106。第一光天线3101安装于第一ATP系统3102上，第二光天线3103安装于第二ATP系统3104上，第一光天线3101的输出连接第一光放大器3105的输入，第一光放大器3105的输出连接第二光天线3103的输入；第二光天线3103的输出连接第二光放大器3106的输入，第二光放大器3106的输出连接第一光天线3101的输入。

第一光放大器3105和第二光放大器3106均为高功率放大器。

第一ATP系统3102和第二ATP系统3104的结构和功能可以参照对图5或图6中的ATP系统222的描述，此处不再重复。

第一光天线3101和第二光天线3103的结构和功能可以参照对图5或图6中的光天线221的描述，此处不再重复。

主悬浮装置32可以为系留气球、浮空气球或飞艇。

如图13所示，如果主悬浮装置32为系留气球，中继节点30还包括锚泊装置33、系留缆绳34。主悬浮装置32上还可以放置载荷和太阳能电池等。载荷包括储能装置、气球压力控制装置、GPS等。相比于种光通信节点，由于中继节点30不需要空地数据互联，因此系留缆绳34中可以不放置光纤，同时也不需要适配如图10或图11所示的光缆转动接头，使用普通的转动接头即可。

如果主悬浮装置32为浮空气球。主悬浮装置32上还可以放置的负载系统和太阳能电池等。由于没有了系留缆绳的拉拽，主悬浮装置32存在失控的风险，因此需要在中继节点30上安装空间位置控制的装置来确保主悬浮装置32只在一定的范围内运动。

为了确保大气不对激光链路造成影响，中继节点30的主悬浮装置、光通信节点的主悬浮装置、辅悬浮装置均可以放置在平流层。具体的气球高度根据各地的平流层的高度来定。总体而言，悬浮装置的高度在12-30km左右。所有光天线尺寸口径(直径)大于150mm，ATP系统跟踪误差典型值(1sigma)小于20urad。为了发挥空间光通信的长跨距的作用，任意两个节点之间的间距较长，通常大于100km。为了保证通信速率，采用波分复用技术，同时采用数字相干调制，单波速率大于50Gbps。为了保证通信的质量，所有通过光学天线发射的激光光束均先通过高功率光放大器。平均单波功率大于0.5mW。

在另一种可能的实施方式中，中继节点还可以包括光通信卫星。即本申请实施例的光通信系统还可以与卫星空间光通信网络相结合，利用卫星空间光通信网络来实现中继。当用卫星空间光通信网络来进行中继时，由于卫星本身在不断运动，因此光通信系统的链路的端点节点需要不断与不同的卫星切换连接。为了确保通信的稳定，在位于通信链路端点的光通信节点上至少要放置两套空间光通信装置，同时要在主悬浮装置上或者在地面装置中放置合适的数据分发装置。

本申请实施例的光通信系统中还可以利用少模光纤系统的器件，提升空间到光纤的耦合效率；同时，如果采用少模光纤系统，还可以利用空间的模式复用技术来进一步提升系统的带宽。

本申请实施例提供的光通信节点、中继节点和光通信系统，地面装置、空间光通信装置之间通过系留光缆进行通信，解决地空之间采用空间激光通信时受大气气象条件影响或采用微波通信时传输带宽受限的问题。

空间光通信装置通过主悬浮装置悬浮在平流层，避免大气湍流以及各种大气气象条件的影响，确保了地空链路的稳定。使用相干调制技术和波分复用技术，保证了激光通信的大带宽。采用了新的光缆转动接头结构，使得系留气球能和相干光通信系统真正结合起来，从而实现了空地链路稳定且大带宽。

对于主悬浮装置为系留气球时，由于固定在确定区域，降低了对空间光通信装置中ATP系统的要求。

空间光通信装置中采用高功率光放大器，能够充分利用空间信道无非线性效应、无色散、低衰减的优势，避开了光纤系统中光纤对光的传播的影响(衰减，色散等)，使得在保证通信速率的前提下依然能够保证节点之间的间距足够大，充分发挥空间光通信长跨距的优势。

另外，整个光通信系统部署灵活、部署周期短，后期升级扩容容易。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种光通信节点，其特征在于，包括：地面装置、空间光通信装置、主悬浮装置、系留光缆，所述空间光通信装置安装于所述主悬浮装置上，所述主悬浮装置通过所述系留光缆连接至所述地面装置，所述系留光缆中包括至少一根光纤，所述地面装置通过所述光纤与所述空间光通信装置通信，其中，所述空间光通信装置用于与远程空间节点进行激光通信，所述主悬浮装置用于为所述主悬浮装置本身、所述系留光缆以及所述空间光通信装置提供悬浮在空间中的浮力。

2.根据权利要求1所述的光通信节点，其特征在于，所述地面装置包括接收单元，所述接收单元用于通过所述光纤从所述空间光通信装置接收光信号；所述接收单元包括控制模块、N个相干接收机、以及波分复用器WDM，N为正整数；

所述接收单元还包括1个可调光衰减器VOA，所述VOA的输入连接光纤，所述VOA的输出通过所述WDM连接所述N个相干接收机的输入；所述控制模块用于获取所述N个相干接收机输出的光信号的功率的最大值，根据所述最大值调节所述VOA的衰减值，使得所述衰减值对应的最大功率不超过所述N个接收机的损伤阈值；

或者，

所述接收单元还包括N个VOA，所述WDM的输入连接所述光纤，所述WDM的输出通过所述N个VOA分别连接所述N个相干接收机的输入；所述控制模块用于获取第i个相干接收机输出的光信号的功率，根据所述功率调节对应的第i个VOA的衰减值，使得所述衰减值对应的最大功率不超过第i个相干接收机的损伤阈值，1≤i≤N。

3.根据权利要求1-2任一项所述的光通信节点，其特征在于，所述空间光通信装置包括光天线、捕获跟踪瞄准ATP系统、第一光放大器和第二光放大器，所述第一光放大器用于对发射的光信号进行放大，所述第二光放大器用于对接收的光信号进行放大，所述光天线用于从所述第一光放大器接收放大后的光信号并发射到空间中，还用于从空间中接收光信号并发送给所述第二光放大器进行放大，所述ATP系统用于与中继节点或光通信节点进行对准。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光通信节点，其特征在于，在所述系留光缆和所述主悬浮装置结合处设置有光缆转动接头，所述光缆转动接头包括光纤缠绕机构和光纤储存结构，所述光纤缠绕机构安装在所述主悬浮装置中轴线处，所述系留光缆中的光纤在所述光纤储存结构中盘绕后，缠绕在所述光纤缠绕机构上，然后连接至所述空间光通信装置；

当所述主悬浮装置围绕中轴线沿第一方向旋转时，带动所述光纤缠绕机构及缠绕在所述光纤缠绕机构上的所述系留光缆中的光纤沿所述第一方向旋转，使得所述系留光缆中的光纤从所述光纤储存结构中拉出，被拉出的所述系留光缆中的光纤缠绕到所述光纤缠绕机构上；

当所述主悬浮装置围绕中轴线沿所述第一方向的相反方向旋转时，带动所述光纤缠绕机构及缠绕在所述光纤缠绕机构上的系留光缆中的光纤沿所述第一方向的相反方向旋转，使得所述系留光缆中的光纤从所述光纤缠绕机构上解缠绕，解缠绕的所述系留光缆中的光纤收回至所述光纤储存结构中。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光通信节点，其特征在于，在所述主悬浮装置上还安装有动力装置，所述动力装置用于驱动所述主悬浮装置围绕中轴线沿所述第一方向的相反方向旋转。

6.根据权利要求1-4任一项所述的光通信节点，其特征在于，所述光缆转动接头安装在所述主悬浮装置的中轴线内部或上方，所述系留光缆穿过所述主悬浮装置，通过所述光缆转动接头连接至所述空间光通信装置；在所述主悬浮装置与所述系留光缆的结合处设置有第一轴承结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光通信节点，其特征在于，所述光通信节点还包括至少一个辅悬浮装置，所述辅悬浮装置固定在所述地面装置与所述主悬浮装置之间的所述系留光缆上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光通信节点，其特征在于，所述主悬浮装置为气球或飞艇。

9.根据权利要求1-8任一项所述的光通信节点，其特征在于，所述空间光通信装置和主悬浮装置悬浮于平流层。

10.一种中继节点，其特征在于，包括：空间光通信装置和主悬浮装置，所述空间光通信装置安装于所述主悬浮装置上；所述空间光通信装置包括：第一光天线、第一捕获跟踪瞄准ATP系统、第二光天线、第二ATP系统、第一光放大器和第二光放大器；

所述第一光天线安装于第一ATP系统上，第二光天线安装于第二ATP系统上，第一光天线的输出连接第一光放大器的输入，第一光放大器的输出连接第二光天线的输入；第二光天线的输出连接第二光放大器的输入，第二光放大器的输出连接第一光天线的输入。

11.根据权利要求10所述的中继节点，其特征在于，所述主悬浮装置为系留气球、浮空气球或飞艇。

12.一种中继节点，其特征在于，所述中继节点为光通信卫星。

13.一种光通信系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-9任一项所述的光通信节点。

14.根据权利要求13所述的光通信系统，其特征在于，还包括至少一个如权利要求10-11任一项所述的中继节点，或者，还包括至少一个如权利要求12所述的中继节点，所述光通信节点与所述中继节点之间通过激光进行通信。

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