CN113328800B - 一种空间光通信全向接收方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种空间光通信全向接收方法，应用于一种空间光通信全向接收设备，所述空间光通信全向接收设备包括低速光接收模块(100)和高速光接收模块(300)，通过所述低速光接收模块(100)全向接收多路低速光信号，并获取各路所述低速光信号的方向信息，判断各路所述低速光信号是否为建链信号，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，基于所述控制命令调整所述高速光接收模块(300)的接收角度。通过判断低速光信号的入射方向，确定接收高速光信号的最佳接收角度，使得空间光通信全向接收设备可以全向接收的光信号。

Description

一种空间光通信全向接收方法和设备

技术领域

本公开涉及空间光通信领域，更具体地，涉及一种空间光通信全向接收方法和设备。

背景技术

随着无线通信技术的发展，与之相应的信息窃取及干扰技术也在不断进步。与微波技术相比，空间光通信技术具有抗干扰、高可靠、可用频谱宽的特点。同时，与有线光纤通信相比，空间光通信技术无需铺设线路，能够快速建立设备之间的通信，为极端环境以及复杂电磁环境下的通信方式提供了新的选择。

传统的空间光通信只能定向通信，双方必须时刻保持正面相对，想要全向接收空间光信号，需要设置多个面向不同方向的高速空间光探测器。但是，高速空间光探测器的接收窗口角度小，且全方向设置多个成本高。为了解决这个问题，一般有如下两种办法：一个是设置透镜或者反射碗，通过光的反射，使得高速空间光探测器可以接收一定角度范围内的空间光信号；一个是设置微波通讯设备，结合GPS等信息的辅助，调整高速空间光探测器的接收角度。前一个办法接收的角度有限，无法做到全方向接收；后一个办法需要结合出空间光通信技术以外的通信技术，大大限制了空间光通信系统的优越性。

公开内容

有鉴于此，本公开提供了一种空间光通信全向接收方法，应用于一种空间光通信全向接收设备，所述空间光通信全向接收设备包括低速光接收模块100和高速光接收模块300；通过所述低速光接收模块100全向接收多路低速光信号，并获取各路所述低速光信号的方向信息；判断各路所述低速光信号是否为建链信号，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的所述方向信息，生成控制命令，其中，所述建链信号为空间光通信发送设备900请求建立链接的信号；基于所述控制命令调整所述高速光接收模块300的接收角度。

可选地，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，还包括：判断所述多路建链信号的来源是否相同；当所述建链信号的来源相同时，根据信号强度最强的所述建链信号对应的所述方向信息，生成所述控制命令。

可选地，上述方法还包括：当所述建链信号来源不同时，根据同一个来源中的所述建链信号分别生成所述控制命令；将所述控制命令存入控制命令表。

可选地，基于所述控制命令调整所述高速光接收模块300的接收角度，还包括：基于所述控制命令表内的所述控制命令，依次调整所述高速光接收模块300接收所述高速光信号的角度。

可选地，空间光通信设备还包括发射模块400，上述依次调整所述高速光接收模块300接收所述高速高信号的角度之前，还包括：基于控制命令表中的控制命令，依次调整所述发射模块400的发射角度，发射等待信号，使得空间光通信发送设备900暂时等待。

可选地，每次所述调整所述高速光接收模块300接收高速光信号的角度后，还包括：基于所述高速光接收模块300的所述接收角度，调整所述发射模块400的发射角度，发射通信信号，使得空间光通信发送设备900发送所述高速光信号。

本公开的另一个方面提供了一种空间光通信全向接收设备，包括低速光接收模块100、数据处理模块200和高速光接收模块300，其中，所述数据处理模块200包括：接收单元210，用于通过所述低速光接收模块100全向接收多路低速光信号，并获取各路所述低速光信号的方向信息；分析单元220，用于判断各路所述低速光信号是否为建链信号，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，其中，所述建链信号为空间光通信发送设备900请求建立链接的信号；控制单元230，用于基于所述控制命令调整所述高速光接收模块300的接收角度。

可选地，所述低速光接收模块100，包括多个低速光探测器110，所述多个低速光探测器110的接收方向不同，用于全向接收多路所述低速光信号，并根据各所述低速光探测器110的接收方向，获取对应的所述方向信息；所述高速光接收模块300，用于接收高速光信号。

可选地，空间光通信全向接收设备还包括发射模块400，用于发射等待信号，其中，所述等待信号用于使空间光通信发送设备900暂时等待。

可选地，所述发射模块400还用于发射通信信号，其中，所述通信信号用于使空间光通信发送设备900发送所述高速光信号。

本公开所提供的空间光全向接收方法和设备，至少具有以下优点：

通过低速光信号的入射方向，确定接收高速光信号的最佳接收角度，并根据最佳接收角度调整高速光接收模块的接收角度，使得空间光通信全向接收设备可以接收来自不同方向的光信号。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的一种空间光通信全向接收设备的应用场景示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的一种空间光通信全向接收方法；

图3示意性示出了根据本公开实施例的空间光通信全向接收方法中各个低速光信号接收后分析和处理方法；

图4示意性示出了根据本公开实施例的另一种空间光通信全向接收方法；

图5示意性示出了根据本公开实施例的一种空间光通信全向接收设备的示意图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的数据处理模块的示意图；

图7A示意性示出了根据本公开实施例的空间光通信全向接收设备只接收到一个来源的建链信号和杂波信号示意图；

图7B示意性示出了根据本公开实施例的空间光通信全向接收设备接收到多个来源的建链信号示意图；

图8A示意性示出了根据本公开实施例的同时接收多个来源的建链信号后，高速光接收模块和发射模块的依据控制命令表里的命令工作的示意图；

图8B示意性示出了根据本公开实施例高速光接收模块工作时，又接收到新来源的建链信号，高速光接收模块和发射模块工作的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

图1示意性示出了根据本公开实施例的空间光通信全向接收设备的应用场景。如图1所示，该应用场景中包括空间光通信全向接收设备800和空间光通信发送设备900。

根据本公开的实施例，当空间光通信全向接收设备800设置在车辆表面时，空间光通信全向接收设备800的低速光接收设模块100可以利用贴装的方式设置与车辆的四壁的表面上，也可以设置在空间光通信全向接收设备800的底座810上。空间光通信全向接收设备800也可以设置在轮船、飞机、潜艇、武器等设备的表面。

根据本公开的实施例，空间光通信全向接收设备800可以接收到来自不同空间光通信发送设备900的光信号。空间光通信接收设备800通过低速光信号入射的方向信息，调整接收高速光信号的接收角度。

图2示意性示出了根据本公开实施例的一种空间光通信全向接收方法。空间光通信全向接收方法，应用于如图5所示的空间光通信全向接收设备800，空间光通信全向接收设备800可以包括低速光接收模块100、数据处理模块200和高速光接收模块300。上述方法可以包括操作S210～S230。

操作S210，通过低速光接收模块100全向接收多路低速光信号，并获取各路低速光信号的方向信息。

根据本公开实施例，低速光接收模块100包括多个相同的低速光探测器110。低速光探测器110装配在车辆或者空间光通信全向接收设备800的底座810上，使得低速光接收模块100可以接收不同方向的信号光。

根据本公开实施例，当有低速光信号照射时，由于低速光探测器110面向不同方向，使得某几个低速光探测器110会接收到不同强度的光信号。各个低速光探测器110将接收到的低速光信号进行光电转换，变成不同强度的电信号，传输给数据处理模块200。同时，根据各低速光探测器110的接收方向获取相应的方向信息。例如，如图7A所示，将8个低速光探测器110设置在空间光通信全向接收设备800的基座上，可以接收I～VIII方向的空间光信号。预设将高速光接收模块110的接收角度设置为I～VIII。当面向I方向的低速光探测器110接收到低速光信号时，还获取此低速光探测器110预设的接收角度I，作为方向信息。

操作S220，判断各路低速光信号是否为建链信号，根据各路建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，其中，建链信号为空间光通信发送设备900请求建立链接的信号。

因为低速光接收模块100会接收各种杂波信号，所以需要判断各路低速光信号是否为建链信号。根据各路建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成将高速光信号接收模块300调整到最佳接收角度的控制命令。

根据本公开实施例，例如，如图3所示，面向I、II、III和VI方向的低速光探测器110都接收到了低速光信号。其中，来自方向I、II、III的低速光信号都被判断为建链信号，来自方向VI的低速光信号不是建链信号，则排除VI的低速光信号。分别判断来自方向I、II、III的三个建链信号的信号强度。当来自方向II的建链信号的信号强度最高时，则生成控制命令，使得高速光接收模块300转到面向II的方向上，接收高速光信号。

多个空间光通信发送设备900可以同时发送建链信号，即多个来源的建链信号可以同时被低速光接收模块100接收到。则在判断各路低速光信号是否为建链信号后，还需要区分建链信号是否为一个来源。如图3所示，空间光通信全向接收方法还可以包括操作S221～S235。

S221判断各路低速光信号是否为建链信号。

S222判断多路建链信号的来源是否相同。

S223当建链信号的来源相同时，根据信号强度最强的建链信号对应的方向信息，生成控制命令。

S224当建链信号来源不同时，根据每一个来源中信号强度最强的建链信号对应的方向信息，分别生成控制命令。

S225将控制命令存入控制命令表。

根据本公开实施例，当判断出所有建链信号只有一个来源时，分析多路建链信号的信号强度，从中选出信号强度最强的建链信号，根据此建链信号的对应的方向信息，生成用于控制高速光接收模块300调整接收角度的控制命令，存入控制命令表。

根据本公开实施例，当判断出所有建链信号有多个来源时，分析每一个来源里的建链信号的信号强度，分别根据每一个来源内信号强度最强的建链信号对应的方向信息，生成控制控制高速光接收模块300调整接收角度的命令，并存入控制命令表。例如，如图7B所示，面向I、II、VI和VII方向的低速光探测器110都接收到了低速光信号，并都被判断为建链信号，其中I和II的建链信号被判断为一个来源，VI和VII的建链信号则判断为另一个来源。其中，I的信号强度强于II，VI的信号强度强于VII，则分别根据I和VI两个建链信号的方向信息生成两个控制命令，并都存入控制命令表。两个控制命令一个控制高速光接收模块300转到I的方向，一个控制高速光接收模块300转到VI的方向。

操作S330，基于控制命令调整高速光接收模块300的接收角度。

高速光接收模块300根据控制命令表里的命令，依次调整接收方向，并接收高速光信号。

根据本公开实施例，当高速光接收模块300正工作时，低速光接收模块100又接收到新的建链信号，识别并生成控制命令后，将控制命令存入控制命令表。告诉光接收模块300结束当前的接收工作后，依次按照控制命令表里的命令调整方向，接收高速光信号。

图4示意性示出了根据本公开实施例的另一种空间光通信全向接收方法。如图4所示，空间光通信全向接收设备800还可以包括发射模块400。上述方法可以包括S410～S450。

操作S410，通过低速光接收模块100全向接收多路低速光信号，并获取各路低速光信号的方向信息。

根据本公开实施例，低速光接收模块100包括多个低速光探测器110，多个低速光探测器110接收多路低速光信号，并根据各低速光探测器110的接收角度获取相应的方向信息。

操作S420，判断各路低速光信号是否为建链信号，根据各路建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，其中，建链信号为空间光通信发送设备900请求建立链接的信号。

根据本公开实施例，排除低速光信号中的非建链信号，并识别建链信号是否为同一个来源。如果来源相同，则选择其中信号强度最强的建链信号对应的方向信息，生成控制命令；如果来源不同，则选择每个来源里信号强度最强的建链信号对应的方向信息，分别生成的控制命令。将控制命令都存入控制命令表中。

操作S430，基于控制命令表中的控制命令，依次调整发射模块400的发射角度，发射等待信号，使得空间光通信发送设备900暂时等待。

操作S440，基于控制命令控制命令表中的控制命令，依次调整高速光接收模块300的接收角度，并接收高速光信号。

操作S450，基于高速光接收模块300的接收角度，调整发射模块400的发射角度，发射通信信号，使得空间光通信发送设备900发送高速光信号。

根据本公开实施例，如图8A所示，低速光接收模块100已经识别出三条控制命令，因为接收高速光需要一定的时间，空间光通信全向接收设备800需要向空间光通信发送设备900发射等待信号，使对方暂时等待。因为接收高速光信号所需要的时间较长，当发射模块400依据控制命令3发射完等待信号后，高速光接收模块300还停留在控制命令2所在的位置工作。此时，低速光信号模块100又获取了多路低速光信号，并识别得出新的建链信号。如图8B所示，将依据新的建链信号的信号强度和方向信息，生成控制命令4存入控制命令表。高速光接收模块300依旧停留在控制命令2所在的位置继续接收高速光信号，发射模块400根据控制命令4调整发射角度，发送等待信号。当高速光接收模块300在控制命令2所在的位置接收完信号后，根据控制命令3调整方向，待方向调整完毕，基于高速光接收模块300当前所在的接收角度，调整发射模块400的发射位置。发射模块400发射通信信号，使得空间光通信发送设备900开始发送高速光信号。

图5示意性示出了根据本公开实施例的空间光通信全向接收设备800的框图。如图5所示，空间光通信全向接收设备800包括低速光接收模块100、数据处理模块200、高速光接收模块300和发射模块400。

低速光接收模块100用于全向接收多路低速光信号，并获取对应的方向信息。低速光接收模块100包括多个低速光探测器110，多个低速光探测器110的接收方向不同。当有低速光信号照射时，由于低速光探测器110面向不同方向，使得某几个低速光探测器110会接收到不同强度的光信号。各个低速光探测器110将接收到的低速光信号进行光电转换，变成不同强度的电信号，传输给数据处理模块200。同时，根据各低速光探测器110的接收方向获取相应的方向信息。由于低速光接收模块100只用于接收低速信标光，低速光接收模块100可以为高增益低速的接收单元。低速光探测器110可以采用硅基探测器、铟镓砷探测器等任何与通信激光波长相匹配的探测器。低速光探测器110种类可以是PIN探测器、APD探测器等任何类型，且探测器前端应加装对应波长的滤光片。低速光探测器110的窗口角度大，光窗小，可以实现低灵敏度低速广角光接收。

数据处理模块200，如图6所示，可以包括接收单元210，分析单元220和控制单元230。接收单元210用于通过低速光接收模块100全向接收多路低速光信号，并获取对应的方向信息。分析单元220用于判断各路低速光信号是否为建链信号，根据各路建链信号的信号强度及其对应的方向信息，生成控制命令，其中，建链信号为空间光通信发送设备900请求建立链接的信号。控制单元230用于基于控制命令调整高速光接收模块300的接收角度。还可以用于基于控住命令调整发射模块400的发送角度。

根据本公开的实施例，接收单元210，分析单元220和控制单元230中的任意多个可以合并在一个单元中实现，或者其中的任意一个单元可以被拆分成多个子单元。或者，这些单元中的一个或多个单元的至少部分功能可以与其他单元至少部分功能相结合，并在一个单元中实现。例如，分析单元220还可以拆分为识别单元221，判别单元222和控制命令生成单元223和控制命令储存单元223。识别单元221用于判断各路低速光信号是否是建链信号。判别单元222用于判断建链信号是否来源相同。控制命令生成单元223用于生成控制命令，当建链信号的来源相同时，根据信号强度最强的建链信号对应的方向信息，生成控制命令；当建链信号来源不同时，根据每一个来源中信号强度最强的建链信号对应的方向信息，分别生成控制命令。控制命令储存单元224用于存储控制命令。

根据本公开实施例，数据处理模块200中的单元和子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列FPGA、可编程逻辑阵列PLA、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路ASIC，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例，数据处理模块200中的单元和子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序单元，当该计算机程序单元被运行时，可以执行相应的功能。

高速光接收模块300用于接收高速光信号。高速光接收模块300包括第一转向器和高速光接收器。第一转向器可以是光电舱、光电云台等设备。第一转向器上安装有用于接收高速光信号的高速光接收器。第一转向器可以调整高速光接收器的接收角度。高速光接收器由短焦透镜、滤光片、探测器及对应的放大电路组成。其中，滤光片的滤光性能与通信激光波长相匹配。探测器可以采用硅基探测器、铟镓砷探测器等任何与通信激光波长相匹配的光探测设备。探测器种类可以是PIN探测器、APD探测器等任何类型。高速光接收器具有窗口角度小，光窗大的特性，可以实现对高灵敏度高速信号光的接收。

发射模块400用于基于所述控制命令表内的所述控制命令，依次调整高速光接收模块300接收高速光信号的接收角度之前，基于控制命令表中的控制命令，依次调整发射模块4000的发射角度，发射等待信号，使得空间光通信发送设备900暂时等待。发射模块400还用于每次调整高速光接收模块300接收高速光信号的接收角度之后，基于高速光接收模块300的接收角度，调整发射模块400的发射角度，发射通信信号，使得空间光通信发送设备900发送高速光信号。发射模块400可以包括第二转向器，等待信号发射器和通信信号发射器。第二转向器可以是光电舱、光电云台等设备。第二转向器上安装有用于发送等待信号的等待信号发射器。第二转向器可以基于控制命令表中的控制命令，依次调整等待信号发射器的发射角度，发射等待信号，使得空间光通信发送设备暂时等待。通信信号发射器可以安装在第二转向器上，也可以安装在高速光接收器上。通信信号发射器用于发送通信信号，使得空间光通信发送设备900发送高速光信号。等待信号发射器和通信信号发射器的光源可以是激光器、激光二极管、LED等任意类型，通信波长可以是紫外光、可见光、近红外光等任意波长。等待信号和通信信号的调制方式可以采用直调或者是外部调制等任意调制模式，调制格式可以采用OOK、PPM、QAM等任意调制格式。等待信号发射器和通信信号发射器的准直镜可以采用透镜、透镜组或者反射式准直镜。

通过低速光接收模块100接收多路低速光信号，并利用数据处理模块200分析各路低速光信号是否为建链信号和各个建链信号的信号强度，确定高速光接收模块300的最佳接收角度。使得空间光通信全向接收设备800可以全向接收空间光信号，且不需要依靠电磁微波等技术确定接收高速光信号的方向。利用多个廉价的低速光探测器110全向设置的方式代替多个昂贵的高速光探测器全向设置，可以节省光通信全向接收设备的制作成本。

以上的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间光通信全向接收方法，应用于一种空间光通信全向接收设备，所述空间光通信全向接收设备包括低速光接收模块(100)和高速光接收模块(300)；

通过所述低速光接收模块(100)全向接收多路低速光信号，并获取各路所述低速光信号的方向信息；

判断各路所述低速光信号是否为建链信号，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的所述方向信息，生成控制命令，其中，所述建链信号为空间光通信发送设备(900)请求建立链接的信号；

基于所述控制命令调整所述高速光接收模块(300)的接收角度。

2.根据权利要求1所述的接收方法，其中，所述根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的所述方向信息，生成控制命令，还包括：

判断各路所述建链信号的来源是否相同；

当所述建链信号的来源相同时，根据信号强度最强的所述建链信号对应的所述方向信息，生成所述控制命令；

将所述控制命令存入控制命令表。

3.根据权利要求2所述的接收方法，其中，还包括：

当所述建链信号来源不同时，根据同一个来源中信号强度最强的所述建链信号对应的所述方向信息，分别生成所述控制命令；

将所述控制命令存入所述控制命令表。

4.根据权利要求2或3中所述的接收方法，其中，所述基于所述控制命令调整所述高速光接收模块(300)的接收角度，还包括：

基于所述控制命令表内的所述控制命令，依次调整所述高速光接收模块(300)的接收角度。

5.根据权利要求4中所述的接收方法，其中，所述空间光通信设备还包括发射模块(400)，用于发射等待信号和通信信号，所述依次调整所述高速光接收模块(300)的接收角度之前，还包括：

基于所述控制命令表中的所述控制命令，依次调整所述发射模块(400)的发射角度，所述发射模块(400)发射等待信号，使得空间光通信发送设备(900)暂时等待。

6.根据权利要求5中所述的接收方法，其中，每次所述调整所述高速光接收模块(300)的接收角度后，还包括：

基于所述高速光接收模块(300)的所述接收角度，调整所述发射模块(400)的发射角度，发射通信信号，使得空间光通信发送设备(900)发送所述高速光信号。

7.一种空间光通信全向接收设备，包括低速光接收模块(100)、数据处理模块(200)和高速光接收模块(300)，其中，所述数据处理模块(200)包括：

接收单元(210)，用于通过所述低速光接收模块(100)全向接收多路低速光信号，并获取各路所述低速光信号的方向信息；

分析单元(220)，用于判断各路所述低速光信号是否为建链信号，根据各路所述建链信号的信号强度及其对应的所述方向信息，生成控制命令，其中，所述建链信号为空间光通信发送设备(900)请求建立链接的信号；

控制单元(230)，用于基于所述控制命令调整所述高速光接收模块(300)的接收角度。

8.根据权利要求7所述的全向接收设备，其中，

所述低速光接收模块(100)，包括多个低速光探测器(110)，所述多个低速光探测器(110)的接收方向不同，用于全向接收多路所述低速光信号，并根据各所述低速光探测器(110)的接收方向，获取对应的所述方向信息；

所述高速光接收模块(300)，用于接收高速光信号。

9.根据权利要求7所述的空间光通信全向接收设备，其中，所述接收设备还包括：

发射模块(400)，用于发射等待信号，其中，所述等待信号用于使空间光通信发送设备(900)暂时等待。

10.根据权利要求9所述的空间光通信全向接收设备，其中，所述发射模块(400)还用于发射通信信号，其中，所述通信信号用于使空间光通信发送设备(900)发送所述高速光信号。

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