CN112162403A - 一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法，克服现有的光学天线难以满足多用户同时通信需求的问题，包括依次设置且位于同一中心轴线上的粗跟踪液晶、滤光片、缩束系统、精跟踪液晶及分光镜；还包括数据分析与指令系统、粗跟踪液晶控制器、精跟踪液晶控制器、j个单模光纤及分别设置在分光镜两路出射光路中的成像系统与分色耦合系统；可用于接收j个通信目标激光光束及发射j个通信目标激光光束。与传统机械转台天线相比，具有多个用户同时兼容的优势，且体积、重量、功耗等资源需求低；与液晶光学相控阵通讯方式相比，无需堆叠，当用户数量增加时，仅需增加粗跟踪液晶和精跟踪液晶子区域，无需额外增加其他部件，具有强的可扩展性。

Description

一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法
技术领域
本发明属于空间激光通信领域，具体为一种可支持多个空间激光通信终端同时进行高速数据通信的轻巧可扩展光学天线，以及基于该多用户光学天线的具体通信方法。
背景技术
卫星激光通信是建设空间信息网络高速路不可替代的手段，目前国内外已经有多个空间激光通信工程项目在星间、星地等长距离应用场景下成功实现了在轨演示验证。随着各种航天器和空间平台的数量增加，为了实现空间多种探测数据的快速实时回传，构建基于高速激光链路的空间信息骨干网成为趋势。
在空间激光骨干网络中，当多个激光终端需要同时与中心节点进行数据传输时，需要多个光学天线同时接收不同目标的激光链路，现有激光通信终端的光学天线多采用机械转台结构，通过机械转动实现目标捕获、通过振镜摆动实现目标跟瞄来建立空间激光链路，这种光学天线在某一段时间只能响应单个通信目标的链路建立需求，因此多个用户同时通信就需要增加相应数量的机械转台光学天线，而仅单个机械转台光学天线的体积重量功耗就占去整个激光终端的70％以上资源，空间平台资源受限，难以满足装配多个机械转台光学天线以进行多用户同时通信的现实需求。为了压缩光学天线体积重量功耗资源需求，也有基于液晶光学相控阵实现多个用户通信的方案，仅是将多套光学相控阵天线进行简单堆叠以应付多个通信目标，如中国专利CN 104834148 A，公开一种双向四波束液晶光学相控阵天线及其多用户通信方法，这个专利中就是简单的堆叠，即有几个用户，就把同一套天线复制几份来实现多个用户的通信，但是当同时通信的用户数量增加时，这种复制堆叠方案的弊端便显现出来，仍旧面临空间资源受限难以扩展的问题。
发明内容
为了克服现有的光学天线难以满足多用户同时通信需求的问题，本发明提出一种轻巧可扩展多用户光学天线，能够同时满足空间激光骨干网络中多个用户终端同时通信的需求。与传统机械转台天线相比，具有多个用户同时兼容的优势，且体积、重量、功耗等资源需求低；与液晶光学相控阵通讯方式相比，无需堆叠，当用户数量增加时，仅需增加粗跟踪液晶和精跟踪液晶子区域，无需额外增加其他部件，具有强的可扩展性。
本发明的技术方案如下：
一种轻巧可扩展多用户光学天线，用于j个通信目标同时通信，j个通信目标的激光光束中心波长各不相同；其中j为自然数；
其特殊之处在于：包括依次设置且位于同一中心轴线上的粗跟踪液晶、滤光片、缩束系统、精跟踪液晶及分光镜；分光镜与所述中心轴线呈135°夹角放置；还包括数据分析与指令系统、粗跟踪液晶控制器、精跟踪液晶控制器、j个单模光纤及分别设置在分光镜两路出射光路中的成像系统与分色耦合系统；
粗跟踪液晶及精跟踪液晶均由j块性能一致的子液晶拼接而成；
粗跟踪液晶控制器与精跟踪液晶控制器均包括j个电压输出端；粗跟踪液晶控制器的每个电压输出端分别与粗跟踪液晶的一块子液晶连接；精跟踪液晶控制器的每个电压输出端分别与精跟踪液晶的一块子液晶连接；
滤光片表面分j个区域，每个区域镀增透膜，使得第i个区域只允许中心波长为λi的第i个通信目标的激光光束透射；其中i为小于等于j的自然数；
成像系统包括沿光路依次设置的第一耦合系统及探测器，探测器光敏面划分为j个区域；
j个通信目标的激光光束与粗跟踪液晶的j块子液晶、滤光片的j个区域、精跟踪液晶的j块子液晶、探测器的j个区域及j个单模光纤一一对应；
数据分析与指令系统的输入端与探测器连接，输出端分别与粗跟踪液晶控制器及精跟踪液晶控制器连接；数据分析与指令系统用于接收各通信目标初始位置信息或提取探测器光敏面各区域上的光斑信息，并分别进行分析，向粗跟踪液晶控制器及精跟踪液晶控制器提供角度偏转信息指令；
粗跟踪液晶控制器用于将角度偏转信息指令转化为粗跟踪液晶相应子液晶的控制电压；
粗跟踪液晶的相应子液晶在控制电压作用下偏转；
滤光片用于将相应中心波长的光束透射；
缩束系统用于将入射光束的直径压缩或放大；
精跟踪液晶控制器用于将角度偏转信息指令转化为精跟踪液晶相应子液晶控制电压；
精跟踪液晶的相应子液晶在控制电压作用下偏转；
分光镜为能量分光镜，用于将精跟踪液晶输出的光束一半透射传输，另一半反射传输；透射光束入射至分色耦合系统，反射光束入射至成像系统，或反射光束入射至分色耦合系统，透射光束入射至成像系统；分光镜还用于透过分色耦合系统的输出光束；
成像系统中的第一耦合系统用于将光束汇聚并耦合至探测器光敏面的相应区域；探测器实现光束成像，并输出各相应区域上的光斑信息；
分色耦合系统用于将相应通信目标的激光光束耦合至相应单模光纤中，还用于将相应单模光纤中的光束转化为平行光入射至分光镜。
进一步地，分色耦合系统包括j-1个分色镜及j个耦合系统，j-1个分色镜能够选择性的透射或反射设定中心波长的激光光束，将j个通信目标的激光光束按不同中心波长进行区分；j个耦合系统分别将不同中心波长的激光光束进行光束压缩后耦合至相应的单模光纤中，还用于将单模光纤输出光束转化为平行光束输入至相应分色镜。
进一步地，为了接收、发射共用，缩束系统由马克苏托夫望远物镜和折射式目镜组成，且马克苏托夫望远物镜中的透镜及反射镜均为球面镜。
进一步地，为了满足光学天线的大通光面积，精跟踪液晶的由三层双态双频液晶器件叠层后形成矩形液晶器件；
精跟踪液晶中每一层双态双频液晶器件均包括依次从左至右的第一液晶区域与第二液晶区域；第一液晶区域与第二液晶区域的控制电压不同；
第一层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为3:1；
第二层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为2:2；
第三层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为1:3。
进一步地，缩束系统的缩束比例为N；
粗跟踪液晶面积是精跟踪液晶面积的N倍，其中N为自然数。
进一步地，j个耦合系统均包括五片光学镜，第一片透镜为系统真空补偿镜，其余四片采用透射式光学透镜。
进一步地，探测器为CMOS红外图像传感器。
进一步地，j＝4；
分色耦合系统包括第一分色镜、第二分色镜、第三分色镜、第二耦合系统、第三耦合系统、第四耦合系统及第五耦合系统；
第一分色镜、第三分色镜、第五耦合系统及第四单模光纤依次设置，且与分光镜位于同一水平中心轴线上；第一分色镜与水平中心轴线呈135°夹角放置；第三分色镜与水平中心轴线呈45°夹角放置；
第一分色镜、第二分色镜、第二耦合系统及第一单模光纤依次设置，且位于同一竖直中心轴线上；
第二分色镜、第三耦合系统及第二单模光纤依次设置，且位于同一水平中心轴线上；第二分色镜与水平中心轴线呈135°夹角放置；
第三分色镜、第四耦合系统及第三单模光纤依次设置，且位于同一竖直中心轴线上；
第一分色镜用于反射第一通信目标、第一单模光纤、第二通信目标及第二单模光纤的激光光束，透射第三通信目标、第三单模光纤、第四通信目标及第四单模光纤的激光光束；
第二分色镜用于透射第一通信目标及第一单模光纤的激光光束，反射第二通信目标及第二单模光纤的激光光束；
第三分色镜用于反射第三通信目标及第三单模光纤的激光光束，透射第四通信目标及第四单模光纤的激光光束。
本发明还提供一种基于上述一种轻巧可扩展多用户光学天线，实现多用户通信的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
接收j个通信目标激光光束时：
步骤1a、数据分析与指令系统得到第一通信目标的初始位置信息，根据第一通信目标初始位置与粗跟踪液晶中第一子液晶初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器7提供角度偏转信息；
步骤2a、粗跟踪液晶控制器将角度偏转信息指令转换为控制电压，通过第一电压输出端输入至粗跟踪液晶的第一子液晶，控制粗跟踪液晶的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置；
步骤3a、第一通信目标光束依次经过粗跟踪液晶的第一子液晶、滤光片的第一区域、缩束系统、精跟踪液晶的第一子液晶、分光镜、第一耦合系统后在探测器光敏面第一区域出现光斑；
步骤4a、数据分析与指令系统提取探测器输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置与探测器光敏面第一区域中心的位置关系，向粗跟踪液晶控制器提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶的第一子液晶偏转；
步骤5a、重复步骤3a至步骤4a，直至光斑位于探测器光敏面第一区域中心位置，且能量最强；允许偏差量≤a像元，像元为探测器的成像最小单元，且能量最强；其中a为正数；
步骤6a、缩束系统将粗跟踪液晶第一子液晶透射的光束直径压缩，输出平行光束至精跟踪液晶的第一子液晶表面；再依次经过分光镜、第一耦合系统后在探测器光敏面的第一区域出现光斑；
步骤7a、数据分析与指令系统提取探测器光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器提供角度偏转信息指令；
步骤8a、精跟踪液晶控制器将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶第一子液晶，控制精跟踪液晶第一子液晶偏转，指向特定位置；
步骤9a、重复步骤6a、7a和步骤8a，直至使得探测器光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；允许偏差量≤b像元，像元为探测器的成像最小单元，其中b为小于a的正数；
步骤10a、分色耦合系统将第一通信目标的激光光束耦合至第一单模光纤中；
步骤11a、重复步骤1a至步骤10a，依次实现j个通信目标激光光束的接收；
发射j个通信目标激光光束时：
步骤1b、数据分析与指令系统得到第一通信目标的初始位置信息，根据第一通信目标初始位置与粗跟踪液晶初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器提供角度偏转信息；
步骤2b、粗跟踪液晶控制器将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至粗跟踪液晶的第一子液晶，控制粗跟踪液晶的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置；
步骤3b、第一通信目标的信标光依次经过粗跟踪液晶的第一子液晶、滤光片的第一区域、缩束系统、精跟踪液晶的第一子液晶、分光镜、第一耦合系统后在探测器光敏面第一区域出现光斑；
步骤4b、数据分析与指令系统提取探测器输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置与探测器光敏面第一区域中心的位置关系，向粗跟踪液晶控制器提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶的第一子液晶偏转；
步骤5b、重复步骤3b至步骤4b，直至光斑位于探测器光敏面第一区域中心位置，且能量最强；允许偏差量≤a像元，像元为探测器的成像最小单元，且能量最强；其中a为正数；
步骤6b、缩束系统将粗跟踪液晶第一子液晶透射的光束直径压缩，输出平行光束至精跟踪液晶的第一子液晶表面；再依次经过分光镜、第一耦合系统后在探测器光敏面的第一区域出现光斑；
步骤7b、数据分析与指令系统提取探测器光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器提供角度偏转信息指令；
步骤8b、精跟踪液晶控制器将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶第一子液晶，控制精跟踪液晶第一子液晶偏转，指向特定位置；
步骤9b、重复步骤6b、7b和步骤8b，直至使得探测器光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；允许偏差量≤b像元，像元为探测器的成像最小单元，其中b为小于a的正数；
步骤10b、第一单模光纤输出光束经分色耦合系统转换为空间平行光束，并经分光镜入射至精跟踪液晶的第一子液晶；
步骤11b、缩束系统对精跟踪液晶第一子液晶透射的光束直径扩大，经滤光片第一区域透射后，由粗跟踪液晶第一子液晶偏转至第一通信目标方向，与第一通信目标建立空间激光链路；
步骤12b、重复步骤1b至步骤11b的操作过程，依次实现j个通信目标激光光束的发射。
进一步地，步骤10a具体为：
第一分色镜将第一通信目标的激光光束反射至第二分色镜，经第二分色镜透射后到达第二耦合系统，经第二耦合系统压缩后耦合至第一单模光中；
步骤10b具体为：
第一单模光纤输出光束经第二耦合系统转换为空间平行光束，再经第二分色镜透射后到达第一分色镜，经第一分色镜反射至分光镜，并经分光镜入射至精跟踪液晶的第一子液晶。
进一步地，实现第二通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜将第二通信目标的激光光束反射至第二分色镜，经第二分色镜反射后到达第三耦合系统，经第三耦合系统压缩后耦合至第二单模光纤中；
步骤10b具体为：
第二单模光纤输出光束经第三耦合系统转换为空间平行光束，再经第二分色镜反射后到达第一分色镜，经第一分色镜反射至分光镜，并经分光镜入射至精跟踪液晶的第二子液晶；
实现第三通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜将第三通信目标的激光光束透射至第三分色镜，经第三分色镜反射后到达第四耦合系统，经第四耦合系统压缩后耦合至第三单模光纤中；
步骤10b具体为：
第三单模光纤输出光束经第四耦合系统转换为空间平行光束，再经第三分色镜反射后到达第一分色镜，经第一分色镜透射至分光镜，并经分光镜入射至精跟踪液晶的第三子液晶；
实现第四个通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜将第三通信目标的激光光束透射至第三分色镜，经第三分色镜透射后到达第五耦合系统，经第五耦合系统压缩后耦合至第四单模光纤中；
步骤10b具体为：
第四单模光纤输出光束经第五耦合系统转换为空间平行光束，再经第三分色镜透射后到达第一分色镜，经第一分色镜透射至分光镜，并经分光镜入射至精跟踪液晶的第四子液晶。
本发明的优点是：
(1)本发明光学天线，能够同时满足空间激光骨干网络中多个用户终端同时通信的需求。与传统机械转台天线相比，具有多个用户同时兼容的优势，且体积、重量、功耗等资源需求低；
(2)本发明光学天线，具有强的可扩展性，当用户数量增加时，仅需增加粗跟踪液晶和精跟踪液晶子区域，无需额外增加其他部件，具有强的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的光学天线系统示意图；
图2是本发明粗跟踪液晶1或精跟踪液晶4子区域扩展结构示意图；
图3为本发明精跟踪液晶4结构示意图；
图中附图标记为：1-粗跟踪液晶，2-滤光片，3-缩束系统，4-精跟踪液晶，5-分光镜，6-精跟踪液晶控制器，7-粗跟踪液晶控制器，8-数据分析与指令系统，9-分色耦合系统，100-成像系统；
91-第一分色镜，92-第三分色镜，93-第二分色镜，94-第二耦合系统，96-第三耦合系统，901-第四耦合系统，99-第五耦合系统；
101-第一耦合系统，102-探测器；
111-第一单模光纤，112-第二单模光纤，113-第三单模光纤，114-第四单模光纤。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
本发明轻巧可扩展多用户光学天线，用于多个通信目标同时通信，多个通信目标的激光光束中心波长各不相同。
参照图1，本实施例轻巧可扩展多用户光学天线，包括粗跟踪液晶1、粗跟踪液晶控制器7、滤光片2、缩束系统3、精跟踪液晶4、精跟踪液晶控制器6、分光镜5、成像系统100、分色耦合系统9、各单模光纤及数据分析与指令系统8。
其中粗跟踪液晶1、滤光片2、缩束系统3、精跟踪液晶4、分光镜5从左到右依次设置，位于同一水平中心轴线上；分光镜5与水平中心轴线呈135°夹角放置，成像系统100及分色耦合系统9分别位于分光镜5的反射光路与透射光路中，在其他实施例中也可以是成像系统100位于分光镜5的反射光路中，分色耦合系统9位于分光镜5的透射光路中。成像系统100包括沿光路依次设置的第一耦合系统101与探测器102，各单模光纤分别与各分色耦合系统9耦合。数据分析与指令系统8的输入端与探测器102连接，输出端分别与粗跟踪液晶控制器7及精跟踪液晶控制器6连接；粗跟踪液晶控制器7与精跟踪液晶控制器6分别与粗跟踪液晶1及精跟踪液晶4连接。
本发明粗跟踪液晶1及精跟踪液晶4的结构如图2所述，均由j块性能一致的子液晶拼接而成，图中mn＝j，j的取值与同时实现通信的通信目标的数量一致。如图1所示，本实施例粗跟踪液晶1及精跟踪液晶4均由4块子液晶拼接而成，因此，同时可实现四个通信目标同时通信。本发明中，粗跟踪液晶1和精跟踪液晶4的工作原理在于：当给液晶器件施加外部电压时，透射过液晶的光束与其入射方向将存在角度偏转。因此施加不同的电压值，透射过的激光光束将出现不同角度的偏转。将j个子液晶器件在同一块基板上拼接，并分别施以独立电压控制，则可同时控制多个激光束分别偏转指定角度。因此，本发明粗跟踪液晶控制器7与精跟踪液晶控制器6均包括j个电压输出端；粗跟踪液晶控制器7的每个电压输出端分别与粗跟踪液晶1的一块子液晶连接；精跟踪液晶控制器6的每个电压输出端分别与精跟踪液晶4的一块子液晶连接；通过给每个子液晶施加独立电压，控制各个子液晶实现不同角度的偏转。
为了提高精跟踪液晶4的相应速率，如图3所示，本发明采用三层双态双频液晶器件错位层叠封装方式，形成矩形液晶器件(图1中由于缩束系统为圆形，因此实际使用时精跟踪液晶4的有效透光面积为圆形，如图1所示)，确保精跟踪液晶4的厚度均匀，且表面各处响应时间一致，有效避免了楔形封装方式因不同厚度处响应时间不同对光学天线跟踪精度的影响。
从图3可以看出，其中每一层双态双频液晶器件都包括2个区域，且两个区域的控制电压不同；此外，每一层双态双频液晶器件的分区比例不同，如图3所示，从上至下，分别为第一层双态双频液晶器件、第二层双态双频液晶器件及第三层双态双频液晶器件。第一层双态双频液晶器件的分区比例为3:1，即控制电压为V1的区域和控制电压为V2的区域之比为3:1，且控制电压为V1的区域与控制电压为V2的区域依次从左至右设置；类似的，第二层双态双频液晶器件的分区比例为2:2，同样控制电压为V1的区域与控制电压为V2的区域依次从左至右设置；第三层双态双频液晶器件的分区比例为1:3，控制电压为V1的区域与控制电压为V2的区域依次从左至右设置；这样从整体来看，封装成的矩形精跟踪液晶器件其内部可看成是由2个不同控制电压的楔形双频液晶组成。当然也可以是控制电压为V2的区域位于各层双态双频液晶器件的左半部分；控制电压为V1的区域位于各层双态双频液晶器件的右半部分。
从图1可以看出，本发明滤光片2紧贴粗跟踪液晶1放置，其工作原理在于：分区域涂覆增透膜，每个区域只允许特定波长的激光光束透射；因此本发明将其表面分为j个区域，每个区域涂覆不同的增透膜，使得每个区域只能透过特定波长的激光光束，如第i个区域只允许中心波长为λi的第i个通信目标的激光光束透射；其中i为小于等于j的自然数。
缩束系统3用于将入射光束的直径压缩或放大N倍，因此对应的粗跟踪液晶1中每一个子液晶的面积是精跟踪液晶4中每一个子液晶面积的N倍。本实施例缩束系统3由马克苏托夫望远物镜和折射式目镜组成，且透镜及反射镜均为球面。该系统能够为接收、发射共用，且波像差可控制在≤0.005λ范围(λ为激光波长)。
分光镜5为能量分光镜5，即将入射光束的能量一半透射传输，另一半反射传输；还可以直接透过分色耦合系统9的输出光束。
将成像系统100中的探测器102光敏面划分为j个区域；通信目标的激光光束与粗跟踪液晶1的j块子液晶、滤光片2的j个区域、精跟踪液晶4的j块子液晶、探测器102的j个区域及j个单模光纤一一对应。
分色耦合系统9用于将相应通信目标的激光光束耦合至相应单模光纤中，还用于将相应单模光纤中的光束转化为平行光入射至分光镜5。
本实施例中j等于4，因此分色耦合系统9包括第一分色镜91、第二分色镜93、第二耦合系统94、第三耦合系统96、第三分色镜92、第四耦合系统901及第五耦合系统99。各个耦合系统均包括五片光学镜，第一片透镜为系统真空补偿镜，其余四片采用透射式光学透镜。定义光束先到达的透镜为第一片透镜。
分色镜的工作原理在于：以中心波长λ0为参照，将波长小于中心波长λ0的光束反射，波长大于中心波长λ0的光束透射；或者，将波长小于中心波长λ0的光束透射，波长大于中心波长λ0的光束反射。
因此本实施例中第一分色镜91、第三分色镜92、第五耦合系统99、第四单模光纤114与分光镜5位于同一水平中心轴线上；第一分色镜91与水平中心轴线呈135°夹角放置；第三分色镜92与水平中心轴线呈45°夹角放置。第二分色镜93、第三耦合系统96及第二单模光纤112位于同一水平中心轴线上；第二分色镜93与水平中心轴线呈135°夹角放置。第一分色镜91、第二分色镜93、第二耦合系统94、第一单模光纤111位于同一垂直中心轴线上；第三分色镜92、第四耦合系统901及第三单模光纤113位于同一垂直中心轴线上。
第一分色镜91用于反射第一通信目标、第一单模光纤111、第二通信目标及第二单模光纤112的激光光束，透射第三通信目标、第三单模光纤113、第四通信目标及第四单模光纤114的激光光束；第二分色镜93用于透射第一通信目标及第一单模光纤111的激光光束，反射第二通信目标及第二单模光纤112的激光光束；第三分色镜92用于反射第三通信目标及第三单模光纤113的激光光束，透射第四通信目标及第四单模光纤114的激光光束。
基于上述一种轻巧可扩展多用户光学天线，当用于同时接收j个通信目标激光光束时：
1】数据分析与指令系统8得到第一通信目标的初始位置信息，分析通信目标初始位置与粗跟踪液晶1中第一子液晶初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器7提供角度偏转信息。
2】粗跟踪液晶控制器7将角度偏转信息指令转换为控制电压，通过第一电压输出端输入至粗跟踪液晶1的第一子液晶，控制粗跟踪液晶1的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置。
3】第一通信目标光束进入天线视场，第一通信目标光束依次经过粗跟踪液晶1的第一子液晶、滤光片2的第一区域、缩束系统3、精跟踪液晶4的第一子液晶、分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面第一区域出现光斑。
4】数据分析与指令系统8提取探测器102输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置相对于探测器102光敏面第一区域中心的偏移量，向粗跟踪液晶控制器7提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器7将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶1的第一子液晶偏转。
5】重复步骤3a至步骤4a，直至光斑位于探测器102光敏面第一区域中心位置，且能量最强；因上述步骤为粗跟踪，因此，本实施例中确保光斑位置与探测器10光敏面第一区域中心的位置的允许偏差量≤1像元即可。
6】缩束系统3将粗跟踪液晶1第一子液晶透射的光束直径压缩N倍，输出像质良好的平行光束至精跟踪液晶4的第一子液晶表面；再依次经过分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面的第一区域出现光斑。
7】数据分析与指令系统8提取探测器102光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器6提供角度偏转信息。
8】精跟踪液晶控制器6将角度偏转信息转换为控制电压通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶4第一子液晶，控制精跟踪液晶4第一子液晶偏转，指向特定位置。
9】重复步骤6、7和步骤8，直至使得探测器102光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；精跟踪主要作用是对粗跟踪回路残余的误差进一步抑制和校正，从而满足光学天线最终的对准和跟踪精度要求。因此本实施例需要确保光斑位置与探测器102光敏面第一区域中心的位置偏差≤1/5像元。
10】分色耦合系统9将第一通信目标的激光光束耦合至第一单模光纤111中；
11】重复步骤1至步骤10，依次实现j个通信目标激光光束的接收；
实现第二通信目标激光光束的接收时，第二通信目标光束进入天线视场，第二通信目标光束依次经过粗跟踪液晶1的第二子液晶、滤光片2的第二区域、缩束系统3、精跟踪液晶4的第二子液晶、分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面第二区域出现光斑。实现第三通信目标激光光束的接收时，第三通信目标光束进入天线视场，第三通信目标光束依次经过粗跟踪液晶1的第三子液晶、滤光片2的第三区域、缩束系统3、精跟踪液晶4的第三子液晶、分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面第三区域出现光斑。以此类推，实现第j通信目标激光光束的接收时，第j通信目标光束进入天线视场，第j通信目标光束依次经过粗跟踪液晶1的第j子液晶、滤光片2的第j区域、缩束系统3、精跟踪液晶4的第j子液晶、分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面第j区域出现光斑。
本实施例中，依次实现四个通信目标激光光束的接收；
实现第一通信目标的激光光束时，步骤10具体为：
第一分色镜91将第一通信目标的激光光束反射至第二分色镜93，经第二分色镜93透射后到达第二耦合系统94，经第二耦合系统94压缩后耦合至第一单模光纤111中；
实现第二通信目标的激光光束时，步骤10具体为：
第一分色镜91将第二通信目标的激光光束反射至第二分色镜93，经第二分色镜93反射后到达第三耦合系统96，经第三耦合系统96压缩后耦合至第二单模光纤112中；
实现第三通信目标的激光光束时，步骤10具体为：
第一分色镜91将第三通信目标的激光光束透射至第三分色镜92，经第三分色镜92反射后到达第四耦合系统901，经第四耦合系统901压缩后耦合至第三单模光纤113中；
实现第四通信目标的激光光束时，步骤10具体为：
第一分色镜91将第四通信目标的激光光束透射至第三分色镜92，经第三分色镜92透射后到达第四耦合系统901，经第四耦合系统901压缩后耦合至第四单模光纤114中。
最终实现j个用户的激光光束与粗跟踪液晶1、精跟踪液晶4以及探测器102的j个区域一一对应并稳定跟瞄。
基于上述一种轻巧可扩展多用户光学天线，当用于同时发射j个通信目标激光光束时：
1】数据分析与指令系统8得到第一通信目标的初始位置信息，根据第一通信目标初始位置与粗跟踪液晶1初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器7提供角度偏转信息。
2】粗跟踪液晶控制器7将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至粗跟踪液晶1的第一子液晶，控制粗跟踪液晶1的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置。
3】第一通信目标的信标光依次经过粗跟踪液晶1的第一子液晶、滤光片2的第一区域、缩束系统3、精跟踪液晶4的第一子液晶、分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面第一区域出现光斑。
4】数据分析与指令系统8提取探测器102输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置与探测器102光敏面第一区域中心的位置关系，向粗跟踪液晶控制器7提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器7将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶1的第一子液晶偏转。
5】重复步骤3b至步骤4b，直至光斑位于探测器102光敏面第一区域中心位置，且能量最强；本实施例中确保光斑位置与探测器102光敏面第一区域中心的位置的允许偏差量≤1像元即可。
6】缩束系统3将粗跟踪液晶1第一子液晶透射的光束直径压缩，输出平行光束至精跟踪液晶4的第一子液晶表面；再依次经过分光镜5、第一耦合系统101后在探测器102光敏面的第一区域出现光斑。
7】数据分析与指令系统8提取探测器102光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器6提供角度偏转信息。
8】精跟踪液晶控制器6将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶4第一子液晶，控制精跟踪液晶4第一子液晶偏转，指向特定位置。
9】重复步骤6、7和步骤8，直至使得探测器102光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；本实施例需要确保光斑位置与探测器102光敏面第一区域中心的位置偏差≤1/5像元。
10】第一单模光纤111输出光束经分色耦合系统9转换为空间平行光束，并经分光镜5入射至精跟踪液晶4的第一子液晶。
11】缩束系统3对精跟踪液晶4第一子液晶透射的光束直径扩大，经滤光片2第一区域透射后，由粗跟踪液晶1第一子液晶偏转至第一通信目标方向，与第一通信目标建立空间激光链路；
12】重复步骤1至步骤11的操作过程，依次实现j个通信目标激光光束的发射。
本实施例中，依次实现四个通信目标激光光束的发送；实现第一通信目标的激光发射时，步骤10具体为：
第一单模光纤111输出光束经第二耦合系统94转换为空间平行光束，再经第二分色镜93透射后到达第一分色镜91，经第一分色镜91反射至分光镜5，并经分光镜5入射至精跟踪液晶4的第一子液晶。
实现第二通信目标的激光发射时，步骤10具体为：
第二单模光纤112输出光束经第三耦合系统96转换为空间平行光束，再经第二分色镜93反射后到达第一分色镜91，经第一分色镜91反射至分光镜5，并经分光镜5入射至精跟踪液晶4的第二子液晶。
实现第三通信目标的激光发射时，步骤10具体为：
第三单模光纤113输出光束经第四耦合系统901转换为空间平行光束，再经第三分色镜92反射后到达第一分色镜91，经第一分色镜91透射至分光镜5，并经分光镜5入射至精跟踪液晶4的第三子液晶。
实现第四通信目标的激光发射时，步骤10具体为：
第四单模光纤114输出光束经第五耦合系统99转换为空间平行光束，再经第三分色镜92透射后到达第一分色镜91，经第一分色镜91透射至分光镜5，并经分光镜5入射至精跟踪液晶4的第四子液晶。
上述实施例表明，本发明所提出的一种轻巧可扩展多用户天线，采用多块液晶拼接、独立控制的方式，能够实现多个激光通信用户同时进行数据传输，具有多个用户同时兼容的优势，且体积、重量、功耗等资源需求低；同时，本发明所提出的光学天线，具有强的可扩展性，当用户数量增加时，仅需增加粗跟踪液晶1和精跟踪液晶4子区域，无需额外增加其他部件，解决了用户数量增加所带来的体积重量功耗等资源受限问题，降低了工程实现成本。

Claims (11)

1.一种轻巧可扩展多用户光学天线，用于j个通信目标同时通信，j个通信目标的激光光束中心波长各不相同；其中j为自然数；
其特征在于：包括依次设置且位于同一中心轴线上的粗跟踪液晶(1)、滤光片(2)、缩束系统(3)、精跟踪液晶(4)及分光镜(5)；分光镜(5)与所述中心轴线呈135°夹角放置；还包括数据分析与指令系统(8)、粗跟踪液晶控制器(7)、精跟踪液晶控制器(6)、j个单模光纤及分别设置在分光镜(5)两路出射光路中的成像系统(100)与分色耦合系统(9)；
粗跟踪液晶(1)及精跟踪液晶(4)均由j块性能一致的子液晶拼接而成；
粗跟踪液晶控制器(7)与精跟踪液晶控制器(6)均包括j个电压输出端；粗跟踪液晶控制器(7)的每个电压输出端分别与粗跟踪液晶(1)的一块子液晶连接；精跟踪液晶控制器(6)的每个电压输出端分别与精跟踪液晶(4)的一块子液晶连接；
滤光片(2)表面分j个区域，每个区域镀增透膜，使得第i个区域只允许中心波长为λi的第i个通信目标的激光光束透射；其中i为小于等于j的自然数；
成像系统(100)包括沿光路依次设置的第一耦合系统(101)及探测器(102)，探测器(102)光敏面划分为j个区域；
j个通信目标的激光光束与粗跟踪液晶(1)的j块子液晶、滤光片(2)的j个区域、精跟踪液晶(4)的j块子液晶、探测器(102)的j个区域及j个单模光纤一一对应；
数据分析与指令系统(8)的输入端与探测器(102)连接，输出端分别与粗跟踪液晶控制器(7)及精跟踪液晶控制器(6)连接；数据分析与指令系统(8)用于接收各通信目标初始位置信息或提取探测器(102)光敏面各区域上的光斑信息，并分别进行分析，向粗跟踪液晶控制器(7)及精跟踪液晶控制器(6)提供角度偏转信息指令；
粗跟踪液晶控制器(7)用于将角度偏转信息指令转化为粗跟踪液晶(1)相应子液晶的控制电压；
粗跟踪液晶(1)的相应子液晶在控制电压作用下偏转；
滤光片(2)用于将相应中心波长的光束透射；
缩束系统(3)用于将入射光束的直径压缩或放大；
精跟踪液晶控制器(6)用于将角度偏转信息指令转化为精跟踪液晶(4)相应子液晶控制电压；
精跟踪液晶(4)的相应子液晶在控制电压作用下偏转；
分光镜(5)为能量分光镜(5)，用于将精跟踪液晶(4)输出的光束一半透射传输，另一半反射传输；透射光束入射至分色耦合系统(9)，反射光束入射至成像系统(100)；或反射光束入射至分色耦合系统(9)，透射光束入射至成像系统(100)；分光镜(5)还用于透过分色耦合系统(9)的输出光束；
成像系统(100)中的第一耦合系统(101)用于将光束汇聚并耦合至探测器(102)光敏面的相应区域；探测器(102)实现光束成像，并输出各相应区域上的光斑信息；
分色耦合系统(9)用于将相应通信目标的激光光束耦合至相应单模光纤中，还用于将相应单模光纤中的光束转化为平行光入射至分光镜(5)。
2.根据权利要求1所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：
分色耦合系统(9)包括j-1个分色镜及j个耦合系统，j-1个分色镜能够选择性的透射或反射设定中心波长的激光光束，将j个通信目标的激光光束按不同中心波长进行区分；j个耦合系统分别将不同中心波长的激光光束进行光束压缩后耦合至相应的单模光纤中，还用于将单模光纤输出光束转化为平行光束输入至相应分色镜。
3.根据权利要求2所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：缩束系统(3)由马克苏托夫望远物镜和折射式目镜组成，且马克苏托夫望远物镜中的透镜及反射镜均为球面镜。
4.根据权利要求3所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：
精跟踪液晶(4)的由三层双态双频液晶器件叠层后形成矩形液晶器件；
精跟踪液晶(4)中每一层双态双频液晶器件均包括依次从左至右的第一液晶区域与第二液晶区域；第一液晶区域与第二液晶区域的控制电压不同；
第一层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为3:1；
第二层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为2:2；
第三层双态双频液晶器件中第一液晶区域与第二液晶区域的占比为1:3。
5.根据权利要求3所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：
缩束系统(3)的缩束比例为N；
粗跟踪液晶(1)面积是精跟踪液晶(4)面积的N倍，其中N为自然数。
6.根据权利要求5所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：j个耦合系统均包括五片光学镜，第一片透镜为系统真空补偿镜，其余四片采用透射式光学透镜。
7.根据权利要求1-6任一所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：探测器(102)为CMOS红外图像传感器。
8.根据权利要求7所述的轻巧可扩展多用户光学天线，其特征在于：j＝4；
分色耦合系统(9)包括第一分色镜(91)、第二分色镜(93)、第三分色镜(92)、第二耦合系统(94)、第三耦合系统(96)、第四耦合系统(901)及第五耦合系统(99)；
第一分色镜(91)、第三分色镜(92)、第五耦合系统(99)及第四单模光纤(114)依次设置，且与分光镜(5)位于同一水平中心轴线上；第一分色镜(91)与水平中心轴线呈135°夹角放置；第三分色镜(92)与水平中心轴线呈45°夹角放置；
第一分色镜(91)、第二分色镜(93)、第二耦合系统(94)及第一单模光纤(111)依次设置，且位于同一竖直中心轴线上；
第二分色镜(93)、第三耦合系统(96)及第二单模光纤(112)依次设置，且位于同一水平中心轴线上；第二分色镜(93)与水平中心轴线呈135°夹角放置；
第三分色镜(92)、第四耦合系统(901)及第三单模光纤(113)依次设置，且位于同一竖直中心轴线上；
第一分色镜(91)用于反射第一通信目标、第一单模光纤(111)、第二通信目标及第二单模光纤(112)的激光光束，透射第三通信目标、第三单模光纤(113)、第四通信目标及第四单模光纤(114)的激光光束；
第二分色镜(93)用于透射第一通信目标及第一单模光纤(111)的激光光束，反射第二通信目标及第二单模光纤(112)的激光光束；
第三分色镜(92)用于反射第三通信目标及第三单模光纤(113)的激光光束，透射第四通信目标及第四单模光纤(114)的激光光束。
9.基于权利要求1所述一种轻巧可扩展多用户光学天线，实现多用户通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收j个通信目标激光光束时：
步骤1a、数据分析与指令系统(8)得到第一通信目标的初始位置信息，根据第一通信目标初始位置与粗跟踪液晶(1)中第一子液晶初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器(7)提供角度偏转信息；
步骤2a、粗跟踪液晶控制器(7)将角度偏转信息指令转换为控制电压，通过第一电压输出端输入至粗跟踪液晶(1)的第一子液晶，控制粗跟踪液晶(1)的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置；
步骤3a、第一通信目标光束依次经过粗跟踪液晶(1)的第一子液晶、滤光片(2)的第一区域、缩束系统(3)、精跟踪液晶(4)的第一子液晶、分光镜(5)、第一耦合系统(101)后在探测器(102)光敏面第一区域出现光斑；
步骤4a、数据分析与指令系统(8)提取探测器(102)输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置与探测器(102)光敏面第一区域中心的位置关系，向粗跟踪液晶控制器(7)提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器(7)将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶(1)的第一子液晶偏转；
步骤5a、重复步骤3a至步骤4a，直至光斑位于探测器(102)光敏面第一区域中心位置，且能量最强；允许偏差量≤a像元，像元为探测器(102)的成像最小单元，且能量最强；其中a为正数；
步骤6a、缩束系统(3)将粗跟踪液晶(1)第一子液晶透射的光束直径压缩，输出平行光束至精跟踪液晶(4)的第一子液晶表面；再依次经过分光镜(5)、第一耦合系统(101)后在探测器(102)光敏面的第一区域出现光斑；
步骤7a、数据分析与指令系统(8)提取探测器(102)光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器(6)提供角度偏转信息指令；
步骤8a、精跟踪液晶控制器(6)将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶(4)的第一子液晶，控制精跟踪液晶(4)的第一子液晶偏转，指向特定位置；
步骤9a、重复步骤6a、7a和步骤8a，直至使得探测器(102)光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；允许偏差量≤b像元，像元为探测器(102)的成像最小单元，其中b为小于a的正数；
步骤10a、分色耦合系统(9)将第一通信目标的激光光束耦合至第一单模光纤(111)中；
步骤11a、重复步骤1a至步骤10a的过程，依次实现j个通信目标激光光束的接收；
发射j个通信目标激光光束时：
步骤1b、数据分析与指令系统(8)得到第一通信目标的初始位置信息，根据第一通信目标初始位置与粗跟踪液晶(1)初始位置的位置关系，向粗跟踪液晶控制器(7)提供角度偏转信息；
步骤2b、粗跟踪液晶控制器(7)将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至粗跟踪液晶(1)的第一子液晶，控制粗跟踪液晶(1)的第一子液晶偏转，指向第一通信目标初始位置；
步骤3b、第一通信目标的信标光依次经过粗跟踪液晶(1)的第一子液晶、滤光片(2)的第一区域、缩束系统(3)、精跟踪液晶(4)的第一子液晶、分光镜(5)、第一耦合系统(101)后在探测器(102)光敏面第一区域出现光斑；
步骤4b、数据分析与指令系统(8)提取探测器(102)输出的光斑信息并进行分析，根据光斑位置与探测器(102)光敏面第一区域中心的位置关系，向粗跟踪液晶控制器(7)提供角度偏转信息指令；粗跟踪液晶控制器(7)将角度偏转信息指令转换为控制电压，控制粗跟踪液晶(1)的第一子液晶偏转；
步骤5b、重复步骤3b至步骤4b，直至光斑位于探测器(102)光敏面第一区域中心位置，且能量最强；允许偏差量≤a像元，像元为探测器(102)的成像最小单元，且能量最强；其中a为正数；
步骤6b、缩束系统(3)将粗跟踪液晶(1)的第一子液晶透射的光束直径压缩，输出平行光束至精跟踪液晶(4)的第一子液晶表面；再依次经过分光镜(5)、第一耦合系统(101)后在探测器(102)光敏面的第一区域出现光斑；
步骤7b、数据分析与指令系统(8)提取探测器(102)光敏面第一区域输出的光斑信息，向精跟踪液晶控制器(6)提供角度偏转信息指令；
步骤8b、精跟踪液晶控制器(6)将角度偏转信息转换为控制电压，通过第一电压输出端输出至精跟踪液晶(4)的第一子液晶，控制精跟踪液晶(4)的第一子液晶偏转，指向特定位置；
步骤9b、重复步骤6b、7b和步骤8b，直至使得探测器(102)光敏面第一区域上光斑始终稳定在其中心位置处不漂移；允许偏差量≤b像元，像元为探测器(102)的成像最小单元，其中b为小于a的正数；
步骤10b、第一单模光纤(111)输出光束经分色耦合系统(9)转换为空间平行光束，并经分光镜(5)入射至精跟踪液晶(4)的第一子液晶；
步骤11b、缩束系统(3)对精跟踪液晶(4)的第一子液晶透射的光束直径扩大，经滤光片(2)第一区域透射后，由粗跟踪液晶(1)的第一子液晶偏转至第一通信目标方向，与第一通信目标建立空间激光链路；
步骤12b、重复步骤1b至步骤11b的操作过程，依次实现j个通信目标激光光束的发射。
10.根据权利要求9所述的实现多用户通信的方法，其特征在于，
步骤10a具体为：
第一分色镜(91)将第一通信目标的激光光束反射至第二分色镜(93)，经第二分色镜(93)透射后到达第二耦合系统(94)，经第二耦合系统(94)压缩后耦合至第一单模光纤(111)中；
步骤10b具体为：
第一单模光纤(111)输出光束经第二耦合系统(94)转换为空间平行光束，再经第二分色镜(93)透射后到达第一分色镜(91)，经第一分色镜(91)反射至分光镜(5)，并经分光镜(5)入射至精跟踪液晶(4)的第一子液晶。
11.根据权利要求9所述的实现多用户通信的方法，其特征在于：
实现第二通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜(91)将第二通信目标的激光光束反射至第二分色镜(93)，经第二分色镜(93)反射后到达第三耦合系统(96)，经第三耦合系统(96)压缩后耦合至第二单模光纤(112)中；
步骤10b具体为：
第二单模光纤(112)输出光束经第三耦合系统(96)转换为空间平行光束，再经第二分色镜(93)反射后到达第一分色镜(91)，经第一分色镜(91)反射至分光镜(5)，并经分光镜(5)入射至精跟踪液晶(4)的第二子液晶；
实现第三通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜(91)将第三通信目标的激光光束透射至第三分色镜(92)，经第三分色镜(92)反射后到达第四耦合系统(901)，经第四耦合系统(901)压缩后耦合至第三单模光纤(113)中；
步骤10b具体为：
第三单模光纤(113)输出光束经第四耦合系统(901)转换为空间平行光束，再经第三分色镜(92)反射后到达第一分色镜(91)，经第一分色镜(91)透射至分光镜(5)，并经分光镜(5)入射至精跟踪液晶(4)的第三子液晶；
实现第四个通信目标激光光束的接收时，
步骤10a具体为：
第一分色镜(91)将第三通信目标的激光光束透射至第三分色镜(92)，经第三分色镜(92)透射后到达第五耦合系统(99)，经第五耦合系统(99)压缩后耦合至第四单模光纤(114)中；
步骤10b具体为：
第四单模光纤(114)输出光束经第五耦合系统(99)转换为空间平行光束，再经第三分色镜(92)透射后到达第一分色镜(91)，经第一分色镜(91)透射至分光镜(5)，并经分光镜(5)入射至精跟踪液晶(4)的第四子液晶。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113452441A (zh) * 2021-06-21 2021-09-28 武汉邮电科学研究院有限公司 一种多用户接入的空间光无线传输方法和装置
WO2022052431A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种轻量化光学天线及基于其实现捕获跟瞄的方法
WO2022052432A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115333633B (zh) * 2022-07-21 2024-02-20 哈工大卫星激光通信股份有限公司 一种空间激光通信跟踪过程中的光束控制方法及装置
CN115996088B (zh) * 2023-03-23 2023-06-27 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种星载激光通信终端的在轨自标校装置与方法
CN117614518B (zh) * 2024-01-22 2024-04-09 北京融为科技有限公司 星载激光载荷的收发同轴标校方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104834148A (zh) * 2015-04-27 2015-08-12 西安空间无线电技术研究所 一种双向四波束液晶光学相控阵天线及其多用户通信方法
CN108718001A (zh) * 2018-04-25 2018-10-30 电子科技大学 一种基于液晶材料的波束可调漏波天线

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347001B1 (en) * 1998-11-03 2002-02-12 Trex Communications Corporation Free-space laser communication system having six axes of movement
US7609972B2 (en) * 2005-08-02 2009-10-27 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Acquisition, pointing, and tracking architecture for laser communication
CN103326780B (zh) * 2013-06-21 2015-09-09 中国科学院空间科学与应用研究中心 基于压缩感知接收机的自由空间光通信apt系统及方法
CN104092494B (zh) * 2014-06-24 2016-09-21 西安空间无线电技术研究所 一种高精度光学相控捕跟系统
CN112162403B (zh) * 2020-09-11 2021-07-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104834148A (zh) * 2015-04-27 2015-08-12 西安空间无线电技术研究所 一种双向四波束液晶光学相控阵天线及其多用户通信方法
CN108718001A (zh) * 2018-04-25 2018-10-30 电子科技大学 一种基于液晶材料的波束可调漏波天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕娟 等: "《偏振分光光学天线前向散射杂光仿真测试与抑制》", 《光子学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022052431A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种轻量化光学天线及基于其实现捕获跟瞄的方法
WO2022052432A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种轻巧可扩展多用户光学天线及通信方法
CN113452441A (zh) * 2021-06-21 2021-09-28 武汉邮电科学研究院有限公司 一种多用户接入的空间光无线传输方法和装置
CN113452441B (zh) * 2021-06-21 2022-05-13 武汉邮电科学研究院有限公司 一种多用户接入的空间光无线传输方法和装置

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