FR3075521A1 - COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING A ARTIFICIAL ETOILE COMPENSATION DEVICE - Google Patents
COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING A ARTIFICIAL ETOILE COMPENSATION DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- FR3075521A1 FR3075521A1 FR1701326A FR1701326A FR3075521A1 FR 3075521 A1 FR3075521 A1 FR 3075521A1 FR 1701326 A FR1701326 A FR 1701326A FR 1701326 A FR1701326 A FR 1701326A FR 3075521 A1 FR3075521 A1 FR 3075521A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- optical
- emission
- station
- communication system
- artificial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 80
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 18
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000005435 mesosphere Substances 0.000 description 1
- 125000004436 sodium atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/118—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum specially adapted for satellite communication
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de communication optique à travers l'atmosphère entre une station (1) et un objet mobile (2), l'atmosphère comportant des turbulences, ladite station comprenant un dispositif d'émission (17) d'un signal optique, un système d'acquisition (13) d'une première direction dudit objet mobile à l'instant présent et un calculateur d'une seconde direction dudit objet mobile à un instant du futur correspondant à la réception du signal optique par l'objet. Dans le système selon l'invention, la station comporte un système de pointage (20) d'une étoile artificielle (S) dans la seconde direction, un dispositif d'analyse (14) d'un premier front d'onde émis par ladite étoile artificielle, un processeur électronique (15) agencé pour calculer une déformation d'un second front d'onde de compensation à partir de la connaissance du premier front d'onde et une optique adaptative (16) appliquant ladite déformation audit signal optique d'émission, ladite déformation étant telle que le signal optique est reçu correctement par l'objet mobile. The general field of the invention is that of optical communication systems through the atmosphere between a station (1) and a moving object (2), the atmosphere comprising turbulences, said station comprising a transmission device (17 ) of an optical signal, a system (13) for acquiring a first direction of said moving object at the present time and a computer for a second direction of said moving object at a time in the future corresponding to the reception of the signal optics by the object. In the system according to the invention, the station comprises a system for pointing (20) an artificial star (S) in the second direction, a device for analyzing (14) a first wavefront emitted by said artificial star, an electronic processor (15) arranged to calculate a deformation of a second compensation wavefront from knowledge of the first wavefront and an adaptive optics (16) applying said deformation to said optical signal transmission, said deformation being such that the optical signal is correctly received by the mobile object.
Description
Système de communication comprenant un dispositif de compensation à étoile artificielleCommunication system comprising an artificial star compensation device
Le domaine général de l’invention est celui des transmissions optiques dans l’atmosphère terrestre. Un des domaines d’application est celui des systèmes de télécommunication optique entre une station terrestre et un satellite en orbite.The general field of the invention is that of optical transmissions in the Earth's atmosphere. One of the fields of application is that of optical telecommunication systems between an earth station and an orbiting satellite.
La distance séparant une station terrestre et un satellite de télécommunications est nécessairement importante. Elle varie de quelques centaines de kilomètres à plusieurs milliers de kilomètres. Par ailleurs, le satellite est mobile et la divergence des faisceaux optiques employés est faible. A tout instant, il est donc essentiel de diriger les faisceaux laser de liaison optique dans la direction exacte occupée par le satellite. Or, un des problèmes posés par ce type de transmission est la traversée de l’atmosphère terrestre. Les perturbations météorologiques entraînent des fluctuations de l’indice de l’air. Lorsqu’un faisceau laser traverse ces fluctuations, sa direction de propagation et sa divergence sont perturbées. Ainsi, la zone éclairée au niveau du récepteur satellitaire peut se déplacer de façon aléatoire, importante et rapide. Ainsi, le récepteur peut se trouver épisodiquement en marge voire à l’extérieur de cette zone éclairée dégradant les performances de la transmission optique et, en particulier, le bilan de liaison optique. Cet effet est connu sous le nom de « beam wandering ». II est illustré sur la figure 1 où une station sol 1 éclaire un satellite de télécommunication 2 au moyen d’un faisceau optique 3. Ce satellite 2 émet des données vers les utilisateurs 4. En fonction des turbulences 5, ce faisceau optique peut occuper les positions 3a, 3b, 3c ou 3d. Dans certaines configurations, le satellite n’est plus ou mal éclairé, l’information est perdue.The distance between a land station and a telecommunications satellite is necessarily large. It varies from a few hundred kilometers to several thousand kilometers. Furthermore, the satellite is mobile and the divergence of the optical beams used is low. At all times, it is therefore essential to direct the optical link laser beams in the exact direction occupied by the satellite. One of the problems posed by this type of transmission is the crossing of the Earth's atmosphere. Weather disturbances cause the air index to fluctuate. When a laser beam crosses these fluctuations, its direction of propagation and its divergence are disturbed. Thus, the illuminated area at the satellite receiver can move randomly, significantly and quickly. Thus, the receiver may occasionally be found on the fringes or even outside of this illuminated area degrading the performance of the optical transmission and, in particular, the optical link budget. This effect is known as "beam wandering". It is illustrated in FIG. 1 where a ground station 1 lights up a telecommunication satellite 2 by means of an optical beam 3. This satellite 2 transmits data to the users 4. Depending on the turbulence 5, this optical beam can occupy the positions 3a, 3b, 3c or 3d. In some configurations, the satellite is no longer or poorly lit, the information is lost.
Pour résoudre ce problème, plusieurs solutions ont été proposées. Afin de réduire la déflection du faisceau optique, il est possible d’appliquer une correction au sol au moyen d’une optique adaptative sur le faisceau émis depuis la station. Cette correction applique des perturbations inverses de celles que va subir le faisceau laser à travers l’atmosphère. Il est alors nécessaire de connaître les perturbations qui vont être induites par la propagation à travers l’atmosphère.To solve this problem, several solutions have been proposed. In order to reduce deflection of the optical beam, it is possible to apply a ground correction using adaptive optics on the beam emitted from the station. This correction applies disturbances opposite to those that the laser beam will undergo through the atmosphere. It is then necessary to know the disturbances which will be induced by the propagation through the atmosphere.
La connaissance de ces perturbations est généralement obtenue par la mesure sur le faisceau descendant du satellite qui, après traitement des données de mesure, permet de déduire la correction à appliquer sur le faisceau montant. Cette correction est pertinente si l’on considère que le canal est stationnaire pendant le temps cumulé représenté par la somme de la durée du trajet du faisceau optique descendant, du temps de calcul de la correction à appliquer et de la durée du trajet du faisceau optique montant. Cette condition est généralement vérifiée, compte-tenu des temps de propagation des faisceaux optiques à travers l’atmosphère, de la rapidité de traitement des données mesurées et d’application des corrections et enfin des constantes de temps relativement longues associées aux phénomènes turbulents. Une telle mesure de la perturbation induite par l’atmosphère sur le front d’onde d’un faisceau descendant est utilisée depuis de nombreuses années pour l’astronomie afin de corriger le front d’onde par optique adaptative et ainsi améliorer la qualité des images. De la même manière, cette mesure de front d’onde peut être appliquée pour pré-compenser le faisceau montant.Knowledge of these disturbances is generally obtained by measurement on the downlink beam of the satellite which, after processing the measurement data, makes it possible to deduce the correction to be applied to the uplink beam. This correction is relevant if we consider that the channel is stationary during the cumulative time represented by the sum of the duration of the path of the downward optical beam, the time of calculation of the correction to be applied and the duration of the path of the optical beam. amount. This condition is generally verified, taking into account the propagation times of the optical beams through the atmosphere, the speed of processing the measured data and applying corrections, and finally the relatively long time constants associated with turbulent phenomena. Such a measurement of the disturbance induced by the atmosphere on the wavefront of a falling beam has been used for many years for astronomy in order to correct the wavefront by adaptive optics and thus improve the quality of the images. . Likewise, this wavefront measurement can be applied to pre-compensate the rising beam.
Cependant cette méthode de pré-compensation du faisceau montant par mesure des perturbations sur le faisceau descendant peut poser des difficultés voire s’avérer inefficace dans certains cas.However, this method of pre-compensating the rising beam by measuring disturbances on the falling beam can pose difficulties or even prove ineffective in certain cases.
En effet, lorsque l’on souhaite utiliser des transmissions optiques dans des liaisons entre le sol et un satellite en orbite autour de la Terre, il est nécessaire d’utiliser des optiques de diamètre suffisamment grand pour atteindre des gains suffisants permettant d’obtenir un bilan de liaison correct avec des puissances d’émission raisonnables. Les faisceaux optiques émis depuis ces optiques ont, par conséquent, une faible divergence, typiquement de l’ordre de quelques microradians. Compte-tenu du temps de propagation de la lumière sur les distances considérées entre l’émetteur et le récepteur qui sont comprises entre plusieurs centaines et plusieurs milliers de kilomètres, la zone éclairée par le faisceau laser est moins étendue que la distance parcourue par le satellite pendant la durée de propagation du faisceau. Il est alors nécessaire de mettre en œuvre un système de pointage notamment dans le terminal au sol afin de permettre que la lumière émise à un instant donné depuis la station sol rencontre le satellite au bout du temps de propagation et donc ne manque pas sa cible. Ainsi, l’angle de pointage en avant est de l’ordre de 18 prad dans le cas d’un satellite géostationnaire et de typiquement 50 prad pour un satellite en orbite basse ou « LEO », acronyme de « Low Earth Orbit ».In fact, when it is desired to use optical transmissions in links between the ground and a satellite in orbit around the Earth, it is necessary to use optics of sufficiently large diameter to achieve sufficient gains making it possible to obtain a correct link budget with reasonable transmission powers. The optical beams emitted from these optics therefore have a small divergence, typically on the order of a few microradians. Given the time for propagation of light over the distances considered between the transmitter and the receiver which are between several hundred and several thousand kilometers, the area illuminated by the laser beam is less extensive than the distance traveled by the satellite during the beam propagation time. It is then necessary to implement a pointing system in particular in the ground terminal in order to allow the light emitted at a given instant from the ground station to meet the satellite at the end of the propagation time and therefore does not miss its target. Thus, the forward pointing angle is of the order of 18 prad in the case of a geostationary satellite and typically 50 prad for a satellite in low orbit or "LEO", acronym for "Low Earth Orbit".
Par conséquent, le faisceau descendant sur lequel est effectuée la mesure des perturbations induites par l’atmosphère et le faisceau montant émis depuis la station sol ne suivent pas exactement le même chemin optique. Dans des cas de fortes turbulences atmosphériques, cet écart angulaire est suffisant pour décorréler les perturbations rencontrées par le faisceau descendant et le faisceau montant et rendre donc le système de pré-compensation inopérant. La décorrélation entre les faisceaux descendant et montant est lié à l’angle isoplanétique, qui correspond à la plage angulaire dans laquelle on observe un certain degré de corrélation. Cet angle isoplanétique est notamment dépendant de la force de la turbulence, de l’angle d’élévation, de l’altitude de la station d’observation. Cette méthode est donc limitée à des cas de turbulence modéré pour lesquels les liens montant et descendant sont corrélés, c’est à dire que l’angle les séparant est inférieur à l’angle isoplanétique.Consequently, the down beam on which atmospheric induced disturbances are measured and the up beam emitted from the ground station do not follow exactly the same optical path. In cases of strong atmospheric turbulence, this angular deviation is sufficient to decorrelate the disturbances encountered by the downgoing beam and the rising beam and therefore render the pre-compensation system inoperative. The decorrelation between the descending and rising beams is linked to the isoplanetic angle, which corresponds to the angular range in which a certain degree of correlation is observed. This isoplanetic angle is notably dependent on the force of the turbulence, the angle of elevation, the altitude of the observation station. This method is therefore limited to cases of moderate turbulence for which the uplink and downlink are correlated, that is to say that the angle separating them is less than the isoplanetic angle.
Une seconde façon de réduire les effets du « beam wandering » est d’utiliser au sol des ouvertures de petit diamètre. La divergence du faisceau émis est alors plus importante et la liaison est donc moins sensible au ballotement du faisceau. L’inconvénient est un budget de liaison dégradé en raison du gain réduit associé aux petites ouvertures. Ce gain peut être compensé par des puissances d’émission plus élevées, ce qui peut se révéler problématique dans des applications très haut débit.A second way to reduce the effects of beam wandering is to use small diameter openings on the ground. The divergence of the emitted beam is then greater and the connection is therefore less sensitive to the sloshing of the beam. The downside is a degraded link budget due to the reduced gain associated with small openings. This gain can be offset by higher transmit powers, which can be problematic in very high speed applications.
Une dernière solution pour réduire les effets du « beam wandering » consiste à utiliser un émetteur à plusieurs ouvertures. Les ouvertures émettent des faisceaux optiques mutuellement incohérents. Ainsi, si la distance entre les ouvertures est suffisamment grande, par rapport à la longueur de cohérence atmosphérique, alors les faisceaux suivent des chemins optiques différents et sont perturbés de façon indépendante de sorte qu’au niveau du récepteur la puissance instantanée totale reçue résulte de la sommation des puissances provenant de chaque ouverture dont les fluctuations sont aléatoires et décorrélées. La puissance résultante est alors moyennée sur le nombre de faisceaux et l’atténuation de ses fluctuations est liée au nombre d’ouvertures utilisées. Cette dernière solution est illustrée en figure 2. La station au sol 1 comporte quatre ouvertures 10a, 10b, 10c et 10d émettant respectivement les faisceaux 3a, 3b, 3c et 3d vers le satellite 2. Cette solution technique est complexe à mettre en œuvre. En effet, le nombre d’ouvertures doit être suffisant. La dimension des ouvertures doit être réduite afin que le ballottement du faisceau n’impacte pas de façon importante le gain vu par le satellite de chacune des ouvertures. Par ailleurs, la parfaite synchronisation entre les multiples ouvertures doit être assurée, ce qui peut devenir critique à haut débit et ce, d’autant plus que le nombre d’ouvertures est important. Enfin, cette approche nécessite d’utiliser des longueurs d’onde différentes d’une ouverture à l’autre afin d’éviter tout phénomène d’interférence au niveau du récepteur.A final solution to reduce the effects of "beam wandering" is to use a transmitter with several openings. The apertures emit mutually inconsistent optical beams. Thus, if the distance between the openings is sufficiently large, relative to the length of atmospheric coherence, then the beams follow different optical paths and are disturbed independently so that at the level of the receiver the total instantaneous power received results from the summation of the powers coming from each opening, the fluctuations of which are random and uncorrelated. The resulting power is then averaged over the number of beams and the attenuation of its fluctuations is linked to the number of openings used. This latter solution is illustrated in FIG. 2. The ground station 1 has four openings 10a, 10b, 10c and 10d respectively transmitting the beams 3a, 3b, 3c and 3d to the satellite 2. This technical solution is complex to implement. Indeed, the number of openings must be sufficient. The size of the openings must be reduced so that the sloshing of the beam does not significantly affect the gain seen by the satellite of each of the openings. Furthermore, the perfect synchronization between the multiple openings must be ensured, which can become critical at high speed, especially since the number of openings is important. Finally, this approach requires using different wavelengths from one opening to the other in order to avoid any interference phenomenon at the receiver.
Pour mesurer les perturbations atmosphériques qui nuisent à la qualité des images reçues par les télescopes, les astronomes peuvent être amenés à utiliser des étoiles artificielles. Il existe différents moyens de produire une étoile artificielle. Celle-ci peut être produite par l’émission d’un faisceau laser depuis le sol qui permet d’exciter les atomes de sodium présents dans la mésosphère, couche atmosphérique comprise entre 90 et 110 km d’altitude. Ces atomes génèrent une fluorescence très intense, similaire à une étoile. D’autres moyens permettant de générer une source lumineuse précisément dans la direction de pointage sont tout aussi appropriés.To measure atmospheric disturbances that affect the quality of images received by telescopes, astronomers may have to use artificial stars. There are different ways to produce an artificial star. This can be produced by the emission of a laser beam from the ground which excites the sodium atoms present in the mesosphere, an atmospheric layer between 90 and 110 km above sea level. These atoms generate a very intense fluorescence, similar to a star. Other means of generating a light source precisely in the pointing direction are equally suitable.
Le système de communication selon l’invention met en œuvre une telle étoile artificielle. La lumière émise par une étoile artificielle générée dans la direction du lien montant est utilisée pour mesurer les perturbations atmosphériques, précisément dans la direction d’intérêt. Plus précisément, l’invention a pour objet un système de communication optique à travers l’atmosphère entre une station et un objet mobile, l’atmosphère comportant des turbulences, ladite station comprenant un dispositif optique d’émission d’un signal optique, un système d’acquisition d’une première direction angulaire dudit objet mobile à l’instant présent et un calculateur d’une seconde direction angulaire dudit objet mobile à un instant du futur, ledit instant du futur correspondant au moment où le signal optique est reçu par l’objet mobile, caractérisé en ce que la station comporte un générateur optique d’étoile artificielle, un système de pointage de ladite étoile artificielle dans la seconde direction angulaire, un dispositif d’analyse d’un premier front d’onde émis par ladite étoile artificielle, un processeur électronique agencé pour calculer une déformation d’un second front d’onde de compensation à partir de la connaissance du premier front d’onde et une optique adaptative appliquant ladite déformation audit signal optique d’émission, ladite déformation étant telle qu’elle compense en totalité ou en partie les perturbations du signal optique d’émission induites par les turbulences atmosphériques.The communication system according to the invention implements such an artificial star. The light emitted by an artificial star generated in the direction of the uplink is used to measure atmospheric disturbances, precisely in the direction of interest. More specifically, the subject of the invention is an optical communication system through the atmosphere between a station and a moving object, the atmosphere comprising turbulence, said station comprising an optical device for transmitting an optical signal, a system for acquiring a first angular direction of said moving object at the present time and a computer for a second angular direction of said moving object at a time in the future, said instant of the future corresponding to the moment when the optical signal is received by the moving object, characterized in that the station comprises an optical generator of an artificial star, a system for pointing said artificial star in the second angular direction, a device for analyzing a first wavefront emitted by said artificial star, an electronic processor arranged to calculate a deformation of a second compensation wavefront from knowledge ssance of the first wavefront and an adaptive optic applying said deformation to said optical emission signal, said deformation being such that it compensates in whole or in part for the disturbances of the optical emission signal induced by atmospheric turbulence.
Avantageusement, le dispositif optique d’émission et le générateur d’étoile artificielle comporte une optique d’émission commune unique.Advantageously, the optical emission device and the artificial star generator comprises a single common emission optic.
Avantageusement, le dispositif optique d’émission artificielle comporte une première optique d’émission et le générateur d’étoile comporte une seconde optique d’émission séparée de la première optique d’émission, les axes optiques d’émission étant parallèles.Advantageously, the artificial emission optical device comprises a first emission optic and the star generator comprises a second emission optic separate from the first emission optic, the emission optical axes being parallel.
Avantageusement, le dispositif optique d’émission artificielle comporte une pluralité de premières optiques d’émission et le générateur d’étoile comporte une seconde optique d’émission séparée des premières optiques d’émission, les axes optiques d’émission des différentes optiques d’émission étant tous parallèles.Advantageously, the artificial emission optical device comprises a plurality of first emission optics and the star generator comprises a second emission optic separated from the first emission optics, the emission optical axes of the different optics of emission being all parallel.
Avantageusement, le système d’acquisition de la première direction angulaire a un axe optique différent des axes optiques des optiques d’émission.Advantageously, the system for acquiring the first angular direction has an optical axis different from the optical axes of the emission optics.
Avantageusement, la station est une station terrestre ou une plateforme atmosphérique et l’objet mobile est un satellite.Advantageously, the station is a ground station or an atmospheric platform and the mobile object is a satellite.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :The invention will be better understood and other advantages will appear on reading the description which follows given without limitation and thanks to the appended figures among which:
La figure 1 représente un premier système de communications optiques selon l’art antérieur ;FIG. 1 represents a first optical communications system according to the prior art;
La figure 2 représente un second système de communication optique selon l’art antérieur ;FIG. 2 represents a second optical communication system according to the prior art;
La figure 3 représente le synoptique d’un système de communications optiques selon l’invention ;FIG. 3 represents the block diagram of an optical communications system according to the invention;
La figure 4 représente un système de communications optiques selon l’invention ;FIG. 4 represents an optical communications system according to the invention;
La figure 5 représente une première variante d’un système de communications optiques selon l’invention ;FIG. 5 represents a first variant of an optical communications system according to the invention;
La figure 6 représente une seconde variante d’un système de communications optiques selon l’invention ;FIG. 6 represents a second variant of an optical communications system according to the invention;
La figure 7 représente une troisième variante d’un système de communications optiques selon l’invention.FIG. 7 represents a third variant of an optical communications system according to the invention.
A titre d’exemple non limitatif, la figure 3 représente le synoptique d’un système de communications optiques selon l’invention entre une station au sol et un satellite. Les signaux entre cette station au sol et le satellite sont susceptibles de traverser des turbulences atmosphériques symbolisées par des formes en pointillés sur la figure 3. Ce système peut également fonctionner entre une plateforme atmosphérique et un satellite.By way of nonlimiting example, FIG. 3 represents the block diagram of an optical communications system according to the invention between a ground station and a satellite. The signals between this ground station and the satellite are likely to pass through atmospheric turbulence symbolized by dotted lines in Figure 3. This system can also operate between an atmospheric platform and a satellite.
Ce système comporte essentiellement une première voie optique d’acquisition du signal issu du satellite à l’instant courant, une seconde voie d’émission d’une étoile artificielle, une troisième voie d’acquisition du signal issu de ladite étoile artificielle et une quatrième voie d’émission du signal optique vers le satellite. Sur la figure 3, ces quatre voies ont une optique commune. Il est également possible de réaliser le système avec des optiques séparées comme on le verra dans la suite de la description.This system essentially comprises a first optical channel for acquiring the signal from the satellite at the current time, a second channel for transmitting an artificial star, a third channel for acquiring the signal from said artificial star and a fourth optical signal transmission channel to the satellite. In FIG. 3, these four channels have a common optic. It is also possible to make the system with separate optics as will be seen in the following description.
La première voie est représentée par une flèche en traits gras sur la figure 3. Cette voie est une voie de réception. Elle comporte l’optique commune d’émission/réception 10, un premier séparateur optique semiréfléchissant 11, un second séparateur optique semi-réfléchissant 12 et un dispositif d’acquisition et de poursuite 13, connu aussi sous la terminologie «ATS», signifiant «Acquisition and Tracking Sensor», basé sur une matrice de détecteurs photosensibles.The first channel is represented by an arrow in bold lines in FIG. 3. This channel is a reception channel. It comprises the common transmission / reception optics 10, a first semi-reflecting optical separator 11, a second semi-reflecting optical separator 12 and an acquisition and tracking device 13, also known under the terminology "ATS", meaning " Acquisition and Tracking Sensor ”, based on a matrix of photosensitive detectors.
La première fonction de ce dispositif 13 est de déterminer, à partir de la connaissance de la position du satellite et de ses paramètres orbitaux à l’instant courant, la position occupée par le satellite à un instant du futur. Cette instant du futur est la somme, à partir de l’instant courant, des temps de propagation des faisceaux optiques d’émission/réception de la station terrestre jusqu’au satellite et des temps de calcul des différents dispositifs électroniques du système de communications optiques, ces différentes durées étant connues.The first function of this device 13 is to determine, from the knowledge of the position of the satellite and its orbital parameters at the current time, the position occupied by the satellite at a time in the future. This instant of the future is the sum, from the current instant, of the times of propagation of the optical beams of transmission / reception from the earth station to the satellite and the times of calculation of the various electronic devices of the optical communications system. , these different durations being known.
La position future du satellite étant calculée, la seconde fonction de ce dispositif 13 est d’agir sur un miroir de pilotage 20 qui commande la direction d’émission de l’étoile artificielle. Ce miroir est connu sous l’appellation « fine steering mirror ». L’étoile artificielle est donc émise dans la direction exacte qu’occupera le satellite à l’instant précis du futur où le satellite recevra le signal émis par le système de communications.The future position of the satellite being calculated, the second function of this device 13 is to act on a piloting mirror 20 which controls the direction of emission of the artificial star. This mirror is known as the "fine steering mirror". The artificial star is therefore emitted in the exact direction that the satellite will occupy at the precise moment in the future when the satellite will receive the signal transmitted by the communications system.
La seconde voie est représentée par deux traits fins parallèles sur la figure 3. Les triples traits perpendiculaires aux traits parallèles représentent la phase de l’onde émise. Cette voie est une voie d’émission. Elle comporte essentiellement un générateur 19 d’étoile artificielle S. La génération de cette étoile est assurée essentiellement par un laser dont les caractéristiques spectrales et la puissance d’émission sont déterminées en fonction des paramètres optiques de la liaison de télécommunications. Comme on le voit sur la figure 3, à la sortie du générateur d’étoile artificielle, l’onde est plane. Elle est dirigée vers l’optique d’émission/réception par réflexion sur la lame semi-réfléchissante 18 et le miroir de pilotage 20. L’étoile artificielle est donc émise dans la direction occupée par le satellite à l’instant déterminé du futur. Cette étoile traverse donc des turbulences atmosphériques identiques à celles rencontrées par le signal émis vers le satellite. II est à noter que le signal issu de l’étoile artificielle a été perturbé deux fois, une fois à l’aller et une fois au retour.The second channel is represented by two parallel fine lines in FIG. 3. The triple lines perpendicular to the parallel lines represent the phase of the wave emitted. This channel is a channel of emission. It essentially comprises a generator 19 of an artificial star S. The generation of this star is essentially ensured by a laser, the spectral characteristics and the transmission power of which are determined as a function of the optical parameters of the telecommunications link. As seen in Figure 3, at the output of the artificial star generator, the wave is flat. It is directed towards the transmission / reception optics by reflection on the semi-reflecting plate 18 and the piloting mirror 20. The artificial star is therefore emitted in the direction occupied by the satellite at the determined time in the future. This star therefore crosses atmospheric turbulence identical to that encountered by the signal transmitted to the satellite. It should be noted that the signal from the artificial star was disturbed twice, once on the outward journey and once on the return journey.
La troisième voie est représentée par deux traits fins parallèles pointillés sur la figure 3. Elle comporte, à partir de l’optique d’émission/réception commune 10, la lame semi-réfléchissante 11 et un analyseur de front d’onde 14, connu sous l’appellation « WFS », signifiant « Wavelength Front Sensor ». Le rôle de cet analyseur est de déterminer la perturbation rencontrée par le signal émis par l’étoile artificielle. Cette perturbation étant connue, un processeur 15 calcule la déformation à applique à une optique adaptative 16 pour produire la déformée inverse. Le processeur prend en compte le fait que le signal issu de l’étoile artificielle a été perturbé deux fois. Dans le cas de la figure 3, cette optique adaptative 16 est un miroir déformable.The third channel is represented by two thin parallel lines dotted in FIG. 3. It comprises, from the common transmission / reception optics 10, the semi-reflecting plate 11 and a known wavefront analyzer 14 under the name "WFS", meaning "Wavelength Front Sensor". The role of this analyzer is to determine the disturbance encountered by the signal emitted by the artificial star. This disturbance being known, a processor 15 calculates the deformation to be applied to an adaptive optic 16 to produce the inverse deformation. The processor takes into account that the signal from the artificial star has been disturbed twice. In the case of FIG. 3, this adaptive optic 16 is a deformable mirror.
La quatrième voie est également représentée par deux traits fins parallèles pointillés sur la figure 3. C’est la voie d’émission du signal optique. Elle comporte une source optique modulée 17 dont la modulation est représentative du signal d’émission, l’optique adaptative 16, le miroir de pilotage 20, la lame semi-réfléchissante 11 utilisée en transmission et enfin, l’optique d’émission/réception 10. Le faisceau est donc émis dans la direction occupée par le satellite à l’instant du futur. Sa phase optique est modulée de sorte qu’après traversée des perturbations atmosphériques, le faisceau est plus ou moins la forme d’une onde plane de façon à limiter sa divergence.The fourth channel is also represented by two thin parallel lines dotted in FIG. 3. It is the channel for transmitting the optical signal. It comprises a modulated optical source 17 whose modulation is representative of the emission signal, the adaptive optics 16, the piloting mirror 20, the semi-reflecting plate 11 used in transmission and finally, the emission / reception optics 10. The beam is therefore emitted in the direction occupied by the satellite at the time of the future. Its optical phase is modulated so that after crossing atmospheric disturbances, the beam is more or less the shape of a plane wave so as to limit its divergence.
Le synoptique de la figure 3 peut comporter de nombreuses variantes d’implantation optique ou mécanique selon les contraintes de la liaison optique entre la base et le satellite. On peut ainsi inverser le sens d’utilisation des lames semi-réfléchissantes ou ajouter des miroirs ou des ensembles optiques pour changer, par exemple, le diamètre des faisceaux émis ou leur divergence.The block diagram of FIG. 3 can include numerous variants of optical or mechanical layout depending on the constraints of the optical link between the base and the satellite. We can thus reverse the direction of use of the semi-reflecting plates or add mirrors or optical assemblies to change, for example, the diameter of the emitted beams or their divergence.
La figure 4 représente le fonctionnement global du système de communication optique selon l’invention entre une base terrestre et un satellite. A un instant initial T0, le système enregistre le signal issu du satellite, calcule sa position future à l’instant où le signal d’émission issu de la base terrestre sera émis, émet une étoile artificielle dans cette direction calculée, reçoit le signal de cette étoile artificielle qui a traversé des turbulences atmosphériques, calcule la déformée à appliquer au signal d’émission.FIG. 4 represents the overall operation of the optical communication system according to the invention between a terrestrial base and a satellite. At an initial instant T0, the system records the signal from the satellite, calculates its future position at the moment when the emission signal from the earth base will be emitted, emits an artificial star in this calculated direction, receives the signal from this artificial star which has passed through atmospheric turbulence, calculates the deformation to be applied to the emission signal.
Les figures 3 et 4 représentent des systèmes comportant une seule optique d’émission/réception. Il est possible de séparer totalement l’ensemble d’émission/réception de l’étoile artificielle de l’ensemble d’émission/réception du signal de communication. La figure 5 représente schématiquement ce type de système comportant deux voies d’émission/réception distinctes 21 et 22 dont les axes d’émission/réception sont parallèles.Figures 3 and 4 show systems with a single transmit / receive optic. It is possible to completely separate the transmission / reception set of the artificial star from the transmission / reception set of the communication signal. FIG. 5 schematically represents this type of system comprising two separate transmission / reception channels 21 and 22, the transmission / reception axes of which are parallel.
Comme représenté en figure 6, il est également possible d’utiliser un système de communication comportant plusieurs ouvertures distinctes 21 émettant chacune un signal optique. Les ouvertures sont notées 21a à 21 d sur la figure 6. On sait que l’avantage d’un tel système est qu’il est possible d’accroître sensiblement la puissance émise en utilisant des faisceaux mutuellement incohérents sans augmenter les contraintes liées à la 5 génération de faisceaux à haute énergie et à la tenue des composants optiques à ces mêmes faisceaux. Un autre avantage est qu’il est possible de répartir le spectre optique à transmettre sur les différentes ouvertures.As shown in FIG. 6, it is also possible to use a communication system comprising several separate openings 21 each emitting an optical signal. The openings are denoted 21a to 21d in FIG. 6. We know that the advantage of such a system is that it is possible to appreciably increase the power emitted by using mutually incoherent beams without increasing the constraints linked to the 5 generation of high-energy beams and the resistance of the optical components to these same beams. Another advantage is that it is possible to distribute the optical spectrum to be transmitted over the different apertures.
Dans une variante de réalisation représentée en figure 7, le système comporte une ouverture 21 bis destinée à la réception du signal 10 d’émission satellitaire pointant dans une direction différente des ouvertures d’émission/réception.In an alternative embodiment shown in FIG. 7, the system includes an opening 21 bis intended for the reception of the satellite transmission signal 10 pointing in a direction different from the transmission / reception openings.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1701326A FR3075521B1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING AN ARTIFICIAL STAR COMPENSATION DEVICE |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1701326A FR3075521B1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING AN ARTIFICIAL STAR COMPENSATION DEVICE |
| FR1701326 | 2017-12-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3075521A1 true FR3075521A1 (en) | 2019-06-21 |
| FR3075521B1 FR3075521B1 (en) | 2019-12-20 |
Family
ID=62167378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1701326A Active FR3075521B1 (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING AN ARTIFICIAL STAR COMPENSATION DEVICE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3075521B1 (en) |
-
2017
- 2017-12-19 FR FR1701326A patent/FR3075521B1/en active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ARVIZU A ET AL: "ATP subsystem for optical communications on a cubesat", 2015 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SPACE OPTICAL SYSTEMS AND APPLICATIONS (ICSOS), IEEE, 26 October 2015 (2015-10-26), pages 1 - 5, XP032878367, DOI: 10.1109/ICSOS.2015.7425081 * |
| MARTÍNEZ NOELIA ET AL: "Simulating the performance of adaptive optics techniques on FSO communications through the atmosphere", PROCEEDINGS OF SPIE, SPIE, 1000 20TH ST. BELLINGHAM WA 98225-6705 USA, vol. 10408, 30 August 2017 (2017-08-30), pages 1040808 - 1040808, XP060095453, ISSN: 0277-786X, ISBN: 978-1-5106-1533-5, DOI: 10.1117/12.2273692 * |
| MATA-CALVO RAMON ET AL: "Laser guide stars for optical free-space communications", PROCEEDINGS OF SPIE, SPIE, 1000 20TH ST. BELLINGHAM WA 98225-6705 USA, vol. 10096, 24 February 2017 (2017-02-24), pages 100960R - 100960R, XP060083220, ISSN: 0277-786X, ISBN: 978-1-5106-1533-5, DOI: 10.1117/12.2256666 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3075521B1 (en) | 2019-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2202538B1 (en) | Passive imaging system equipped with a telemeter | |
| FR2648915A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF THE WIND AT AVERAGE ALTITUDE | |
| EP2173042B1 (en) | Optical transmission-reception unit with controllable transmission direction | |
| FR3106417A1 (en) | Coherent lidar imaging device | |
| FR2889774A1 (en) | LASER SOURCE HAVING A COHERENT RECOMBINATION OF BEAMS | |
| CA2220940C (en) | Device for determining phase faults in electromagnetic waves | |
| EP2405287A1 (en) | Device for remote laser detection and interferometry method | |
| FR2724464A1 (en) | ON-BOARD DEVICE FOR MEASURING LIGHT BACK BROADCAST | |
| FR3075521A1 (en) | COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING A ARTIFICIAL ETOILE COMPENSATION DEVICE | |
| FR3067817A1 (en) | ONBOARD OBSERVATION SYSTEM COMPRISING A LIDAR FOR HIGH RESOLUTION THREE DIMENSIONAL IMAGES | |
| EP3936887B1 (en) | Lidar coherent system with improved signal-to-noise ratio | |
| EP3759518B1 (en) | Method and system for emitting and receiving laser pulses | |
| EP1459464B1 (en) | Free-propagation optical transmission system | |
| FR3027116A1 (en) | REMOTE SPECTROSCOPY DEVICE OF LIDAR TYPE | |
| EP3549278B1 (en) | Method and system for laser-based communication between a ground station and a mobile craft. | |
| EP2136239B1 (en) | Laser device comprising means for phasing a large number of coherent sources | |
| CA3163393A1 (en) | Lidar system calibration | |
| WO2018197599A1 (en) | Method for spatio-spectral characterization of a polychromatic pulsed laser source | |
| EP3591428B1 (en) | System and method for monitoring a target and for compensating atmospheric turbulence | |
| EP0561680B1 (en) | Apparatus for measuring axial speed | |
| EP0720028A1 (en) | Multifunctional, inconspicuous distance measuring apparatus | |
| FR3059156B1 (en) | OPTICAL DETECTION MODULE | |
| EP2388646A1 (en) | Method for capturing an image | |
| WO2021123016A1 (en) | Lidar system comprising two diffractive components | |
| FR3139258A1 (en) | OPTICAL TERMINAL FOR COMMUNICATION BY LASER SIGNALS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190621 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |