CN1845476A - 一种全光卫星通信网络路由终端 - Google Patents

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Abstract

一种全光卫星通信网络路由终端，它涉及卫星光通信技术领域，它解决了现有的在低轨道卫星激光通信终端中使用的全光路由终端质量大、功耗大的问题。来自一个方位的目标终端发射的信号光被面向这个方位的光学转发天线(1)所接收并输入到光分插复用模块(2)的一个传输端，所述光学转发天线(1)输出的信号光经过光分插复用模块(2)控制和转发后从它的另一个传输端输出并经另一个光学转发天线(1)向另一个方位的目标终端发射。本发明由于采用“全光”方式设计，通信光信号在系统内部透明传输，所以不需要进行光电和电光转换，整个系统结构简单，功耗低，适用于星上环境。

Description

一种全光卫星通信网络路由终端
技术领域
本发明涉及卫星光通信技术领域。
背景技术
目前，卫星光通信技术的研究已进入空间试验阶段，并成功地进行了星间及星地激光通信试验。现在各国正加紧进行卫星光通信技术的研究，并向实用化推广。针对低轨卫星及星座组网，国外开展了小光学用户终端的研制，为星间组网作技术储备。但是，利用目前国际上研制的光通信终端进行卫星光通信组网时，一个卫星上往往就需要多个终端以进行不同方向的链接来构成卫星光通信网络，且一颗星上的多个终端之间的控制管理是相互独立的，这将导致光通信终端占用卫星资源过多、控制管理过于复杂等，对卫星光通信网络的发展是不利的。
在目前完成的低轨道卫星激光通信终端中，美国的STRV-2终端性能指标较为先进[Isaac I.Kim，Harel Hakakha，Brian Riley，Nicholas M.Wong，MaryMitchell.(Very)Preliminary Results of the STRV-2 Satellite-to-Ground LasercomExperiment.SPIE Proc.2000，3932：21～34]。如采用STRV-2终端实现激光卫星网络的路由转换，在与带有3个光学头的全光路由终端同样功能条件下，需要3个STRV-2终端配合工作。这时，路由终端重量至少为43kg，功耗225W。
发明内容
为了解决现有的在低轨道卫星激光通信终端中使用的全光路由终端质量大、功耗大的问题，本发明提供了一种全光卫星通信网络路由终端。
本发明的全光卫星通信网络路由终端包括多个接收天线1-1、多个发射天线1-3、多个分光片1-4、多个全反镜1-2、多个聚焦透镜1-5、多个CCD探测器1-6和转向驱动器4，每个接收天线1-1输出的信号光都分别通过一个分光片1-4和一个全反镜1-2分成两条平行光束，上述一束平行光束从分光片1-4的透射光输出端输出，上述另一束平行光束从全反镜1-2的反射光输出端输出，从分光片1-4的透射光输出端输出的信号光通过一个聚焦透镜1-5聚焦后在一个CCD探测器1-6上成像；所述路由终端还包括光分插复用模块2、DSP处理器3、多个光纤耦合器1-7、多个光纤放大器1-8和多个光纤准直器1-9，一个发射天线1-3、一个分光片1-4、一个全反镜1-2、一个聚焦透镜1-5、一个CCD探测器1-6、一个接收天线1-1、一个光纤耦合器1-7、一个光纤放大器1-8和一个光纤准直器1-9构成路由终端的一个光学转发天线1，所述路由终端包含多个分别面向不同方位目标终端的光学转发天线1，在每个光学转发天线1中从全反镜1-2的反射光输出端输出的信号光通过光纤耦合器1-7耦合进入光纤，在每个光学转发天线1中光纤耦合器1-7的输出端与光纤放大器1-8的输入端通过光纤相连，在每个光学转发天线1中光纤放大器1-8的输出端和光纤准直器1-9的输入端通过光纤与光分插复用模块2的一个传输端相连，在每个光学转发天线1中从光纤准直器1-9的输出端输出的信号光通过发射天线1-3向目标终端发射，在每个光学转发天线1中CCD探测器1-6的图像信息输出端连接DSP处理器3的一个图像信息输入端，DSP处理器3的控制信号输出端连接转向驱动器4的控制端。所述DSP处理器3利用光学转发天线1采集的入射光信息计算光学转发天线1的瞄准角度，所述转向驱动器4是根据DSP处理器3的控制信号调整光学转发天线1的偏转角的。
工作原理：全光卫星通信网络路由终端是形成卫星光通信网络的节点终端，它具有各个不同方向的光信号发射接收转发能力，终端携带多个不同方向放置的光学转发天线，各光学转发天线与终端核心部分采用柔性连接。本发明的光学转发天线本身在一定的视场范围内具有对光束的自主跟踪能力，而光分插复用模块对多个光学转发天线进行集中控制和管理，来自一个方位的目标终端发射的信号光被面向此方位的光学转发天线所接收之后传送到光分插复用模块中，经光分插复用模块的控制和转发后从它的另一个传输端输出并通过另一个光学转发天线向另一个方位的目标终端发射。
本发明提出了一种全光卫星通信网络路由终端，该终端是形成卫星光通信网络的节点终端，采用一体化设计具有各个不同方向的光信号发射、接收和转发的能力。本发明由于采用“全光”方式设计，通信光信号在系统内部透明传输，所以不需要进行光电和电光转换，整个系统结构简单，功耗低，适用于星上环境。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本具体实施方式的全光卫星通信网络路由终端由多个接收天线1-1、多个发射天线1-3、多个分光片1-4、多个全反镜1-2、多个聚焦透镜1-5、多个CCD探测器1-6、转向驱动器4、光分插复用模块2、DSP处理器3、多个光纤耦合器1-7、多个光纤放大器1-8和多个光纤准直器1-9组成，每个接收天线1-1输出的信号光都分别通过一个分光片1-4和一个全反镜1-2分成两条平行光束，上述一束平行光束从分光片1-4的透射光输出端输出，上述另一束平行光束从全反镜1-2的反射光输出端输出，从分光片1-4的透射光输出端输出的信号光通过一个聚焦透镜1-5聚焦后在一个CCD探测器1-6上成像；一个发射天线1-3、一个分光片1-4、一个全反镜1-2、一个聚焦透镜1-5、一个CCD探测器1-6、一个接收天线1-1、一个光纤耦合器1-7、一个光纤放大器1-8和一个光纤准直器1-9构成路由终端的一个光学转发天线1，所述路由终端包含多个分别面向不同方位目标终端的光学转发天线1，在每个光学转发天线1中从全反镜1-2的反射光输出端输出的信号光通过光纤耦合器1-7耦合进入光纤，在每个光学转发天线1中光纤耦合器1-7的输出端与光纤放大器1-8的输入端通过光纤相连，在每个光学转发天线1中光纤放大器1-8的输出端和光纤准直器1-9的输入端通过光纤与光分插复用模块2的一个传输端相连，在每个光学转发天线1中从光纤准直器1-9的输出端输出的信号光通过发射天线1-3向目标终端发射，在每个光学转发天线1中CCD探测器1-6的图像信息输出端连接DSP处理器3的一个图像信息输入端，DSP处理器3的控制信号输出端连接转向驱动器4的控制端。所述DSP处理器3利用光学转发天线1采集的入射光信息计算光学转发天线1的瞄准角度，所述转向驱动器4根据DSP处理器3的控制信号调整光学转发天线1的偏转角的。
所述光分插复用模块2对进入其中的信号光进行路由分配和转发；从光分插复用模块2输出的信号光经过光纤准直器1-9准直后，通过发射天线1-3发射到目标终端。所述接收天线1-1采用开普勒(透射)式望远镜或卡塞格伦(反射)式望远镜。考虑到设计的天线口径只有10cm，建议选用开普勒(透射)式望远镜，同时镜片对于工作的光波段范围应镀增透膜。所述分光片1-4、全反镜1-2和聚焦透镜1-5使用K9玻璃镀膜实现，有效口径不小于3cm。分光片1-4的分束比为1∶1，聚焦透镜1-5的焦距5cm，全反镜1-2反射率大于99％。所述CCD探测器1-6可选用面阵红外CCD探测器(工作波段在1550nm附近)，要求灵敏度高、性能稳定。所述光纤耦合器1-7选用武汉光迅的WBC-135-01单模光纤宽带耦合器。所述光纤放大器1-8选用采用美国Connet公司的KPS-BT2掺铒光纤放大器，饱和输出功率最大可达37dBm(5W)，可以满足光束远距离传输的输出功率要求。所述光分插复用模块2选用美国Oplink的102B，通道间隔100GHz。所述光纤准直器1-9选用美国Concent公司的KFCS单模光纤准直器。所述发射天线1-3选用开普勒(透射)式望远镜，天线口径只有4cm，对于工作的光波段范围镀增透膜。所述DSP处理器3选用的型号为美国TI公司的高性能浮点型处理器TMS320C6713。本具体实施方式的路由终端的最大链路距离为1000km；采用光波段在1550nm以下，发射束散角为50μrad，转发增益为接收增益106dB，放大增益101dB，光放大增益35dB，重量小于20kg，功耗小于40W，通信数据率为622Mbps，通信误码率为10-7。
本具体实施方式的路由终端具有三个光学转发天线1时，其与背景技术中提到的含有三个光学头的路由终端相比，重量减少53％，功耗减少82％。可见，本发明路由终端具有重量轻、功耗低的优点，适应了卫星部件小型化、低功耗的要求。

Claims (3)

1、一种全光卫星通信网络路由终端，所述路由终端包括多个接收天线(1-1)、多个发射天线(1-3)、多个分光片(1-4)、多个全反镜(1-2)、多个聚焦透镜(1-5)、多个CCD探测器(1-6)和转向驱动器(4)，每个接收天线(1-1)输出的信号光都分别通过一个分光片(1-4)和一个全反镜(1-2)分成两条平行光束，上述一束平行光束从分光片(1-4)的透射光输出端输出，上述另一束平行光束从全反镜(1-2)的反射光输出端输出，从分光片(1-4)的透射光输出端输出的信号光通过一个聚焦透镜(1-5)聚焦后在一个CCD探测器(1-6)上成像；其特征在于所述路由终端还包括光分插复用模块(2)、DSP处理器(3)、多个光纤耦合器(1-7)、多个光纤放大器(1-8)和多个光纤准直器(1-9)，一个发射天线(1-3)、一个分光片(1-4)、一个全反镜(1-2)、一个聚焦透镜(1-5)、一个CCD探测器(1-6)、一个接收天线(1-1)、一个光纤耦合器(1-7)、一个光纤放大器(1-8)和一个光纤准直器(1-9)构成路由终端的一个光学转发天线(1)，所述路由终端包含多个分别面向不同方位目标终端的光学转发天线(1)，在每个光学转发天线(1)中从全反镜(1-2)的反射光输出端输出的信号光通过光纤耦合器(1-7)耦合进入光纤，在每个光学转发天线(1)中光纤耦合器(1-7)的输出端与光纤放大器(1-8)的输入端通过光纤相连，在每个光学转发天线(1)中光纤放大器(1-8)的输出端和光纤准直器(1-9)的输入端通过光纤与光分插复用模块(2)的一个传输端相连，在每个光学转发天线(1)中从光纤准直器(1-9)的输出端输出的信号光通过发射天线(1-3)向目标终端发射，在每个光学转发天线(1)中CCD探测器(1-6)的图像信息输出端连接DSP处理器(3)的一个图像信息输入端，DSP处理器(3)的控制信号输出端连接转向驱动器(4)的控制端。
2、根据权利要求1所述的一种全光卫星通信网络路由终端，其特征在于所述DSP处理器(3)利用光学转发天线(1)采集的入射光信息计算光学转发天线(1)的瞄准角度。
3、根据权利要求1所述的一种全光卫星通信网络路由终端，其特征在于所述转向驱动器(4)是根据DSP处理器(3)的控制信号调整光学转发天线(1)的偏转角的。
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