JP2002314487A - Free-space optical communications unit - Google Patents

Free-space optical communications unit

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JP2002314487A
JP2002314487A JP2001117276A JP2001117276A JP2002314487A JP 2002314487 A JP2002314487 A JP 2002314487A JP 2001117276 A JP2001117276 A JP 2001117276A JP 2001117276 A JP2001117276 A JP 2001117276A JP 2002314487 A JP2002314487 A JP 2002314487A
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龍太郎 鈴木
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一秀 小出来
Toshio Kashiwase
俊夫 柏瀬
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Telecommunications Advancement Organization
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems in a conventional optical free-space optical communications unit that is not adequate to mount on a satellite because the conventional unit requires a large space and has difficulty in downsizing and weight reduction as the entire unit, that has had possibility of interference between a control system for an optical reflecting mirror and a transmission lens control system because they are independent, and that deteriorates a control arithmetic operation speed because a plurality of the control systems exist and result in increasing the control arithmetic quantity. SOLUTION: The free-space optical space communications unit of this invention is provided with a rough tracking mechanism that roughly directs a light receiving section of a transmission/reception telescope to the opposite station to roughly capture a transmission light from the opposite station, a fine tracking mechanism that precisely captures the light roughly captured by the rough tracking mechanism, and a rough tracking compensation device and a fine tracking compensation device that calculates a correction amount of a gimbal angle given respectively to the rough tracking mechanism and the fine tracking mechanism at capturing, at tracking and at communication.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は人工衛星、宇宙ス
テーション、宇宙往還機等の宇宙航行体間、あるいは宇
宙航行体と地上局との間において、空間伝搬を利用して
光通信を行うために適用される光空間通信装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical communication using space propagation between space vehicles such as artificial satellites, space stations, space shuttles, or between space vehicles and ground stations. The present invention relates to an optical space communication device to which the present invention is applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、光通信装置においては、通信局
間を光ファイバケーブルでケーブル接続して、この光フ
ァイバケーブルを伝送路として、相互間で光通信を行う
光ファイバ方式が採用されている。このような光通信シ
ステムにあっては、在来からのRF通信に比して通信容
量を飛躍的に増大することが可能となる。ところで、最
近の宇宙開発の分野においては、衛星間通信等の通信の
多様化が図られており、通信容量の増大が要請されてい
る。そこで、宇宙開発の分野にあっては、地上局と宇宙
航行体の間、あるいは宇宙航行体間に光通信システムを
構築して、通信容量の大容量化を図り、通信の多様化を
実現する構想がある。例えば、地球から比較的高度が低
い空間軌道に打ち上げた複数の人工衛星(以下、衛星と
する)を所定の間隔で並べ、これら衛星間を通信で結ぶ
低軌道衛星間リンクを形成することが行われている。こ
れまでは、低軌道衛星間リンクは電波通信により設けら
れてきたが、代わりにレーザ光を用いた光通信が検討さ
れている。
2. Description of the Related Art Generally, an optical communication system employs an optical fiber system in which communication stations are connected by an optical fiber cable and optical communication is performed between the communication stations using the optical fiber cable as a transmission line. . In such an optical communication system, it is possible to dramatically increase the communication capacity as compared with conventional RF communication. By the way, in the field of recent space development, communication such as inter-satellite communication has been diversified, and an increase in communication capacity has been demanded. Therefore, in the field of space development, construct an optical communication system between a ground station and a spacecraft or between spacecrafts to increase the communication capacity and achieve diversification of communication. There is a plan. For example, a plurality of artificial satellites (hereinafter, referred to as satellites) launched from the earth into a relatively low-altitude spatial orbit are arranged at predetermined intervals, and a low-orbit intersatellite link connecting these satellites by communication is formed. Have been Until now, low-orbit satellite-to-satellite links have been provided by radio communication, but optical communication using laser light has been studied instead.

【0003】この種の光通信に使用する光通信装置とし
ては、例えば特開2000−180652号公報の記載
に示され構成のものがあり、これを図8に示す。図にお
いて、110は光アンテナ、111は指向調整機構、1
12はコリメータレンズ、113はビームスプリッタ、
114は集光レンズ、115は光検出部、116は光ア
ンテナ指向制御部である。117は光軸調整用反射鏡、
118は結像レンズ、119はビームスプリッタ、12
0は角度調整機構、121はビームスプリッタ、122
は光検出部、123は反射鏡角度制御部である。124
は透過レンズ、125はビームスプリッタ、126は光
軸調整機構部、127は光軸制御部、128は光検出
部、129は光ファイバケーブルである。130は光信
号処理部、131は送信部、132は反射鏡、133は
レンズ、201は主反射鏡、202は副反射鏡、203
は指示部材である。
As an optical communication device used for this type of optical communication, for example, there is an optical communication device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-180652, which is shown in FIG. In the figure, 110 is an optical antenna, 111 is a directivity adjustment mechanism, 1
12 is a collimator lens, 113 is a beam splitter,
114 is a condenser lens, 115 is a light detection unit, and 116 is an optical antenna pointing control unit. 117 is a reflecting mirror for adjusting the optical axis,
118 is an imaging lens, 119 is a beam splitter, 12
0 is an angle adjusting mechanism, 121 is a beam splitter, 122
Denotes a light detection unit, and 123 denotes a reflecting mirror angle control unit. 124
Is a transmission lens, 125 is a beam splitter, 126 is an optical axis adjusting mechanism, 127 is an optical axis controller, 128 is a light detector, and 129 is an optical fiber cable. 130 is an optical signal processing unit, 131 is a transmitting unit, 132 is a reflecting mirror, 133 is a lens, 201 is a main reflecting mirror, 202 is a sub reflecting mirror, 203
Is a pointing member.

【0004】図8に示す光通信装置は、通信相手局と通
信光の送受を行う指向調整自在に設けられた光アンテナ
110で受信した通信光の光路上に、角度調整機構部1
20を介して光軸調整自在な反射鏡117、および光軸
調整機構部126を介して光軸調整自在な透過レンズ1
24を順に配置して、先ず角度調整機構部120を駆動
制御して通信光の光軸をアライメント調整すると共に、
光軸調整機構部126を駆動制御して同様に、アライメ
ント調整して、このアライメント調整後の通信光を光フ
ァイバケーブル129の一端に光結合させるようにした
ものである。これによって、空間伝搬距離の長距離化を
容易に実現し、かつ簡便にして高精度な光信号処理を実
現し得るようにしたというものである。
[0004] The optical communication apparatus shown in FIG. 8 includes an angle adjustment mechanism 1 on an optical path of communication light received by an optical antenna 110 provided to be able to adjust the direction of transmission and reception of communication light with a communication partner station.
The reflecting mirror 117 whose optical axis can be adjusted via the optical axis 20 and the transmission lens 1 whose optical axis can be adjusted via the optical axis adjusting mechanism 126
24 are arranged in order, and first, the angle of the optical axis of the communication light is aligned and adjusted by controlling the drive of the angle adjusting mechanism 120,
The optical axis adjusting mechanism 126 is drive-controlled to similarly perform alignment adjustment, and the communication light after the alignment adjustment is optically coupled to one end of the optical fiber cable 129. As a result, the spatial propagation distance can be easily increased, and the optical signal processing can be performed simply and with high accuracy.

【0005】また、特開平8−79184号公報に記載
された従来の光通信装置があり、その構成を図9に示
す。図において、301〜304は受光部、305〜3
08は光ファイバ、309〜312は光増幅器、313
〜316はフォトダイオード、317は演算処理部であ
る。
Further, there is a conventional optical communication device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-79184, and the configuration is shown in FIG. In the drawing, reference numerals 301 to 304 denote light receiving units and reference numerals 305 to 3
08 is an optical fiber, 309 to 312 are optical amplifiers, 313
Reference numerals 316 are photodiodes, and 317 is an arithmetic processing unit.

【0006】図9に示す光通信装置は、光学系からなる
4つの受光部301〜304で受光したレーザ光を光フ
ァイバ305〜308により光増幅器309〜312導
き、光増幅器309〜312で増幅された各光信号をフ
ォトダイオード313〜316からなる4象限光検出器
により検出し、演算処理部317が各フォトダイオード
313〜316からの検出信号から受光部301〜30
4へのレーザ光の入射方向のずれを算出し、かつフォト
ダイオード313〜316の一部(例えば、316)を
通信用受光素子として兼用したというものである。これ
によって、一般のフォトダイオードを使用して4分割ア
バランシェフォトダイオードと同様の増幅された検出出
力得ることができ、また通信用受光素子としても兼用で
きるようにしたというものである。
The optical communication apparatus shown in FIG. 9 guides laser light received by four light-receiving sections 301 to 304 comprising optical systems to optical amplifiers 309 to 312 by optical fibers 305 to 308, and is amplified by the optical amplifiers 309 to 312. The respective optical signals are detected by a four-quadrant photodetector composed of photodiodes 313 to 316, and an arithmetic processing unit 317 detects light signals from light receiving units 301 to 30 based on detection signals from the photodiodes 313 to 316.
4 is calculated, and a part (for example, 316) of the photodiodes 313 to 316 is also used as a communication light receiving element. As a result, an amplified detection output similar to that of a four-division avalanche photodiode can be obtained using a general photodiode, and can also be used as a communication light receiving element.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の光通信装置は以
上のように構成されているので、高精度、高信頼性が要
求される指向制御を実現する上で、以下に示すような問
題があった。
Since the conventional optical communication apparatus is configured as described above, there are the following problems in realizing directional control that requires high accuracy and high reliability. there were.

【0008】図8に示される光通信装置は、光軸調整自
在な反射鏡117、角度調整機構部120、光軸調整自
在な透過レンズ124および光軸調整機構部126等を
組み合わせたものであり、そのため設置空間およびそれ
らを駆動する装置の設置空間が大きく、装置全体として
の小型・軽量化が困難であり、衛星に搭載する場合には
不向きであった。また、光軸調整自在な反射鏡117の
制御系と光軸調整自在な透過レンズ124の制御系は独
立しているため、制御系間の干渉が起こるおそれがあ
る。さらに、制御系が複数存在するため、制御演算量が
増大し、制御演算速度が低下するという問題があった。
The optical communication device shown in FIG. 8 is a combination of a reflecting mirror 117 having an adjustable optical axis, an angle adjusting mechanism 120, a transmission lens 124 having an adjustable optical axis, an optical axis adjusting mechanism 126, and the like. Therefore, the installation space and the installation space for the device for driving them are large, and it is difficult to reduce the size and weight of the entire device, and it is not suitable for mounting on a satellite. In addition, since the control system of the reflecting mirror 117 whose optical axis is adjustable and the control system of the transmission lens 124 whose optical axis is adjustable are independent, interference between the control systems may occur. Further, since there are a plurality of control systems, there is a problem that the amount of control calculation increases and the control calculation speed decreases.

【0009】一方、図9に示される光通信装置は、4つ
のフォトダイオード313〜316の一部を通信用受光
素子として兼用しているため、これらフォトダイオード
に均等に受信光を入射させると通信用受光素子への光量
が減少し、微弱な受信光では通信が十分行えないおそれ
がある。また、通信受光素子への受光量が最大となるよ
うに通信受光素子の中心に光軸を入射するように光軸調
整する場合、残りの3つのフォトダイオード全てに受信
光を入射できなくなり、4象限センサとしての機能を損
なうという問題があった。
On the other hand, the optical communication device shown in FIG. 9 also uses a part of the four photodiodes 313 to 316 as a communication light receiving element. The amount of light to the light receiving element for use may decrease, and communication may not be sufficiently performed with weak received light. When the optical axis is adjusted so that the optical axis is incident on the center of the communication light receiving element so that the amount of light received by the communication light receiving element is maximized, the received light cannot be incident on all the remaining three photodiodes. There is a problem that the function as a quadrant sensor is impaired.

【0010】この発明は前記のような課題を解決するた
めになされたもので、微弱な受信光に対しても通信を可
能とし、小型・軽量化により受信機の設置場所に自由度
を与えることができる光空間通信装置を得ることを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables communication even with a weak reception light, and provides a degree of freedom in the installation place of the receiver by reducing the size and weight. It is an object of the present invention to obtain an optical space communication device capable of performing the following.

【0011】この発明は外乱等により受光ファイバカプ
ラ視野から受信光が外れて受信機に受信光を導光できな
い場合においても、早急に通信モードに移行して通信遮
断時間を短縮できる光空間通信装置を得ることを目的と
する。
The present invention relates to an optical space communication apparatus capable of quickly switching to the communication mode and shortening the communication cutoff time even when the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler due to disturbance or the like and cannot be guided to the receiver. The purpose is to obtain.

【0012】この発明は受光ファイバカプラ上の受信光
が光位置検出機能全体に入射できない場合においても受
信機に受信光を導光できる光空間通信装置を得ることを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical space communication device capable of guiding received light to a receiver even when received light on a light receiving fiber coupler cannot enter the entire optical position detecting function.

【0013】この発明は受信光ビーム強度パターンが複
雑な場合においても受信機に受信光を導光できる光空間
通信装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical space communication apparatus which can guide a reception light to a receiver even when a reception light beam intensity pattern is complicated.

【0014】この発明は粗捕捉追尾機構の回転による内
部光学系での受信光回転をキャンセルすることで、各セ
ンサ上で座標変換を行わずに制御系構成を簡素化できる
光空間通信装置を得ることを目的とする。
According to the present invention, there is provided an optical space communication apparatus capable of simplifying a control system configuration without performing coordinate conversion on each sensor by canceling rotation of received light in an internal optical system due to rotation of a coarse capturing and tracking mechanism. The purpose is to.

【0015】[0015]

【課題を解決しようとする手段】この発明に係る光空間
通信装置は、エレベーション方向およびアジマス方向に
ジンバル駆動することにより送受信望遠鏡の受光部を相
手局に粗向して前記相手局からの送信光を粗補足する粗
捕捉追尾機構と、前記粗捕捉追尾機構により粗捕捉され
た受信光を2軸ジンバル駆動することにより精捕捉する
精捕捉追尾機構と、前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を
検出する粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、前記精捕
捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジン
バル角センサと、相手局との相対角度誤差を広い範囲で
検出するポインティングセンサと、前記ポインティング
センサが検出した相対角度誤差と前記粗捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサが検出したジンバル角を加算する加算器
と、相手局との相対角度誤差を前記ポインティングセン
サよりも高精度かつ高周波数で検出するトラッキングセ
ンサと、軌道情報から相手局の自局に対する相対角度を
予測設定した軌道予測値と、捕捉時に精捕捉追尾制御系
を形成するための目標値として予め設定された捕捉時指
令値と、追尾時に精捕捉追尾制御系を形成するための目
標値として予め設定された追尾時指令値と、通信時に精
捕捉追尾制御系を形成するための目標値として予め設定
された通信時指令値と、受信光から超高精度の光位置を
検出する機能を持ち受信光を電気信号に復調する受信機
に光結合する受光ファイバカプラと、前記受光ファイバ
カプラ上の受信光の角度ずれ量を計算する受信光角度ず
れ量検出器と、前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの
検出出力から追尾時および通信時に前記精捕捉追尾機構
ジンバル角が原点近傍に設定されるように前記粗捕捉追
尾制御機構を駆動するための制御目標値を得る精粗協調
補償器と、捕捉時に前記加算器の出力と前記軌道予測値
と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィー
ドバック量とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル
角の補正量を算出し、追尾時および通信時に前記精粗協
調補償器からの制御目標値と前記軌道予測値と前記粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック量
とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量
を計算する粗捕捉追尾補償器と、捕捉時に前記捕捉時指
令値と前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフ
ィードバック量とから前記精捕捉追尾機構のジンバル角
の補正量を計算し、追尾時に前記追尾時指令値と前記ト
ラッキングセンサの出力のフィードバック量とから前記
精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算し、
通信時に前記通信時指令値と前記受信光角度ずれ量検出
器の出力のフィードバック量とから前記精捕捉追尾機構
へ与えるジンバル角の補正量を計算する精捕捉追尾補償
器と、捕捉時、追尾時および通信時の各制御モードを設
定する制御モード切り替え手段とを備えたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An optical space communication apparatus according to the present invention performs gimbal driving in an elevation direction and an azimuth direction so that a light receiving section of a transmission / reception telescope is roughly directed to a partner station and transmitted from the partner station. A coarse capturing and tracking mechanism that roughly captures light, a fine capturing and tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capturing and tracking mechanism by driving the two-axis gimbal, and a gimbal angle of the coarse capturing and tracking mechanism is detected. A coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor, a fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism, a pointing sensor for detecting a relative angle error with a partner station in a wide range, and the pointing sensor An adder that adds the relative angle error detected by the gimbal angle sensor and the gimbal angle detected by the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor; A tracking sensor that detects an angular error with higher precision and higher frequency than the pointing sensor, a trajectory predicted value that predicts and sets a relative angle of the partner station with respect to its own station from trajectory information, and forms a precise capture and tracking control system during capture A command value at the time of capturing set in advance as a target value for tracking, a command value at the time of tracking preset as a target value for forming a precise capturing and tracking control system during tracking, and a precise capturing and tracking control system during communication A communication command value preset as a target value for, and a light-receiving fiber coupler optically coupled to a receiver that has a function of detecting an ultra-high-precision light position from the received light and demodulates the received light into an electric signal, At the time of tracking and communication from the detection output of the precise capture tracking mechanism gimbal angle sensor, the received light angle deviation amount detector that calculates the angle deviation amount of the received light on the light receiving fiber coupler A fine-coarse / coarse compensator for obtaining a control target value for driving the coarse-capture-tracking control mechanism such that the gimbal angle is set near the origin; and an output of the adder and the trajectory prediction at the time of capturing. From the value and the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, a correction amount of the gimbal angle given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated, and the control target value from the fine / coarse cooperative compensator during tracking and communication. A coarse capture and tracking compensator that calculates a correction amount of a gimbal angle to be applied to the coarse capture and tracking mechanism from the trajectory predicted value and the feedback amount of the output of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor, and the capture command value during capture. The gimbal angle correction amount of the precise capture and tracking mechanism is calculated from the feedback amount of the output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor, and the tracking command value and the From the feedback amount of the output of the racking sensor and calculate the correction amount of the gimbal angle given to the fine capture and tracking mechanism,
A precise capturing and tracking compensator that calculates a gimbal angle correction amount to be applied to the fine capturing and tracking mechanism from the communication time command value and the feedback amount of the output of the received light angle deviation amount detector during communication; And control mode switching means for setting each control mode at the time of communication.

【0016】この発明に係る光空間通信装置は、エレベ
ーション方向およびアジマス方向にジンバル駆動するこ
とにより送受信望遠鏡の受光部を相手局に粗向して前記
相手局からの送信光を粗補足する粗捕捉追尾機構と、前
記粗捕捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジン
バル駆動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構と、
前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、前記精捕捉追尾機構のジンバ
ル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相
手局との相対角度誤差を広い範囲で検出するポインティ
ングセンサと、前記ポインティングセンサが検出した相
対角度誤差と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサが検
出したジンバル角を加算する加算器と、相手局との相対
角度誤差を前記ポインティングセンサよりも高精度かつ
高周波数で検出するトラッキングセンサと、軌道情報か
ら相手局の自局に対する相対角度を予測設定した軌道予
測値と、捕捉時に精捕捉追尾制御系を形成するための目
標値として予め設定された捕捉時指令値と、追尾時に精
捕捉追尾制御系を形成するための目標値として予め設定
された追尾時指令値と、受信光から超高精度の光位置を
検出する機能を持ち受信光を電気信号に復調する受信機
に光結合する受光ファイバカプラと、前記受光ファイバ
カプラ上の受信の光角度ずれ量を計算する受信光角度ず
れ量検出器と、前記受信光角度ずれ量検出器の出力から
通信時の精捕捉追尾制御系に与えるオフセット量を算出
する受信光オフセット算出器と、前記精捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサの検出出力から追尾時および通信時に前
記精捕捉追尾機構ジンバル角が原点近傍に設定されるよ
うに前記粗捕捉追尾制御機構を駆動するための制御目標
値を得る精粗協調補償器と、捕捉時に前記加算器の出力
と前記軌道予測値と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角セン
サの出力のフィードバック量とから前記粗捕捉追尾機構
へ与えるジンバル角の補正量を算出し、追尾時および通
信時に前記精粗協調補償器からの制御目標値と前記軌道
予測値と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力の
フィードバック量とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジ
ンバル角の補正量を計算する粗捕捉追尾補償器と、捕捉
時に前記捕捉時指令値と前記精捕捉追尾機構ジンバル角
センサの出力のフィードバック量とから前記精捕捉追尾
機構へ与えるジンバル角の補正量を計算し、追尾時に前
記追尾時指令値と前記トラッキングセンサの出力のフィ
ードバック量とから前記精捕捉追尾機構へ与えるジンバ
ル角の補正量を計算し、通信時に前記受信光オフセット
算出器の出力オフセット量と前記トラッキングセンサの
出力のフィードバック量とから前記精捕捉追尾機構のジ
ンバル角へ与える補正量を計算する精捕捉追尾補償器
と、捕捉時、追尾時および通信時の各制御モードを設定
する制御モード切り替え手段とを備えたものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, a gimbal drive is performed in the elevation direction and the azimuth direction so that the light receiving portion of the transmission / reception telescope is roughly directed to the partner station, and the transmission light from the partner station is roughly captured. A capturing and tracking mechanism, and a fine capturing and tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capturing and tracking mechanism by driving the two-axis gimbal;
A coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting the gimbal angle of the coarse capturing and tracking mechanism; a fine capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting the gimbal angle of the fine capturing and tracking mechanism; A pointing sensor, an adder that adds the relative angle error detected by the pointing sensor and the gimbal angle detected by the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, and a relative angle error with the partner station by the pointing sensor. A tracking sensor that detects with high accuracy and high frequency, a trajectory prediction value that predicts and sets the relative angle of the partner station with respect to the own station from trajectory information, and a target value that is set in advance as a target value for forming a precise capture tracking control system at the time of capture The command value at the time of capture and the command at the time of tracking preset as the target value for forming the precise capture tracking control system at the time of tracking And a light-receiving fiber coupler that has a function of detecting an ultra-high-precision light position from the received light and optically couples to a receiver that demodulates the received light into an electric signal, and calculates a light angle deviation amount of reception on the light-receiving fiber coupler. A received light angle shift amount detector, a received light offset calculator for calculating an offset amount given to a precise capture and tracking control system during communication from an output of the received light angle shift amount detector, and the fine capture and tracking mechanism gimbal angle A fine / coarse coordinator for obtaining a control target value for driving the coarse capture / tracking control mechanism such that the fine capture / tracking mechanism gimbal angle is set near the origin at the time of tracking and communication from a detection output of a sensor; Sometimes, a gimbal angle correction amount given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated from the output of the adder, the trajectory prediction value, and the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor. The amount of gimbal angle correction given to the coarse capturing and tracking mechanism from the control target value from the fine and coarse cooperative compensator, the orbit predicted value, and the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor during tracking and communication. Calculates the gimbal angle correction amount given to the fine capture tracking mechanism from the capture command value and the feedback amount of the output of the fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor at the time of capture, and performs tracking. At the time, the tracking time command value and the feedback amount of the output of the tracking sensor are used to calculate the gimbal angle correction amount given to the precise capture and tracking mechanism, and the output offset amount of the reception light offset calculator and the tracking sensor of the tracking sensor during communication. A precise capture and tracking compensator that calculates a correction amount given to the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism from the output feedback amount Control mode switching means for setting each control mode at the time of capturing, tracking and communication.

【0017】この発明に係る光空間通信装置は、受信光
オフセット算出器の代わりに、通信時に受信光角度ずれ
量検出器の出力が閾値に対して大きい場合に一定のオフ
セット量を取り出すオフセット量発生器を備え、精捕捉
追尾補償器が、通信時に前記トラッキングセンサの出力
のフィードバック量と前記一定のオフセット量とから前
記精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算す
るようにしたものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, instead of the received light offset calculator, an offset amount generating means for extracting a fixed offset amount when the output of the received light angle deviation amount detector is larger than a threshold during communication. A fine tracking and compensating device that calculates a gimbal angle correction amount given to the fine capturing and tracking mechanism from the feedback amount of the output of the tracking sensor and the fixed offset amount during communication. .

【0018】この発明に係る光空間通信装置は、制御モ
ード切り替え手段が、トラッキングセンサの検出出力か
ら入射光角度を判定し、受信光角度ずれ量検出器の出力
から受光ファイバカプラ上の受信光の角度ずれを判定す
ることにより捕捉時、追尾時および通信時の各制御モー
ドを切り替え設定するものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, the control mode switching means determines the incident light angle from the detection output of the tracking sensor, and determines the incident light angle on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle deviation detector. By judging the angle shift, each control mode at the time of capturing, tracking and communication is switched and set.

【0019】この発明に係る光空間通信装置は、制御モ
ード切り替え手段が、粗捕捉追尾制御系の通信時と追尾
時の制御モードを切り替え設定する第1スイッチと、精
捕捉追尾制御系の捕捉時、追尾時および通信時の制御モ
ードを切り替え設定する第2スイッチと、トラッキング
センサの検出出力から入射光角度を判定して前記第1ス
イッチを通信時および追尾時のいずれかの制御モードに
設定するトラッキングセンサ角度判定器と、受信光角度
ずれ量検出器の出力から受光ファイバカプラ上の受信光
の角度ずれを判定し追尾時と通信時を決める判定出力を
取り出す受信光角度ずれ量判定器と、前記トラッキング
センサ角度判定器と前記受信光角度ずれ量判定器の両出
力に応答して前記第2スイッチを捕捉時、追尾時および
通信時のいずれかの制御モードに設定するスイッチ自動
切り替え器とを有したものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, the control mode switching means includes: a first switch for switching and setting a control mode between communication and tracking in the coarse acquisition and tracking control system; A second switch for switching and setting a control mode at the time of tracking and communication, and determining an incident light angle from a detection output of the tracking sensor to set the first switch to one of a control mode at the time of communication and tracking. A tracking sensor angle determiner, and a received light angle shift amount determiner that determines the angle shift of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle shift amount detector and extracts a determination output that determines tracking time and communication time; In response to both outputs of the tracking sensor angle determiner and the received light angle deviation amount determiner, the second switch is captured, tracked, or communicated. Those having a switch automatic switch to be set to the control mode.

【0020】この発明に係る光空間通信装置は、ポイン
ティングセンサが2次元CCDで構成され、トラッキン
グセンサが4象限検出器で構成され、受光ファイバカプ
ラが受信機に受信光を光結合するシングルモードファイ
バとこのシングルモードファイバを中心にその周囲に配
置され前記受信光の位置検出をするためのマルチモード
ファイバで構成されたものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, the pointing sensor is constituted by a two-dimensional CCD, the tracking sensor is constituted by a four-quadrant detector, and the light receiving fiber coupler optically couples the received light to the receiver. And a multi-mode fiber arranged around the single mode fiber for detecting the position of the received light.

【0021】この発明に係る光空間通信装置は、エレベ
ーション方向およびアジマス方向にジンバル駆動するこ
とにより送受信望遠鏡の受光部を相手局に粗向して前記
相手局からの送信光を粗補足する粗捕捉追尾機構と、前
記粗捕捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジン
バル駆動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構と、
前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、前記精捕捉追尾機構のジンバ
ル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相
手局との相対角度誤差を広い範囲で検出するポインティ
ングセンサと、前記ポインティングセンサが検出した相
対角度誤差と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサが検
出したジンバル角を加算する加算器と、軌道情報から相
手局の自局に対する相対角度を予測設定した軌道予測値
と、捕捉時に精捕捉追尾制御系形成するための目標値と
して予め設定された捕捉時指令値と、通信時に精捕捉追
尾制御系を形成するための目標値として予め設定された
通信時指令値と、受信光から超高精度の光位置を検出す
る機能を持ち受信光を電気信号に復調する受信機に光結
合する受光ファイバカプラと、前記受光ファイバカプラ
上の受信光の角度ずれ量を計算する受信光角度ずれ量検
出器と、前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検出出
力から追尾時および通信時に前記精捕捉追尾機構ジンバ
ル角が原点近傍に設定されるように前記粗捕捉追尾制御
機構を駆動するための制御目標値を得る精粗協調補償器
と、捕捉時に前記加算器の出力と前記軌道予測値と前記
粗捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバッ
ク量とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補
正量を算出し、通信時に前記精粗協調補償器からの制御
目標値と前記軌道予測値と前記粗捕捉追尾機構ジンバル
角センサの出力のフィードバック量とから前記粗捕捉追
尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算する粗捕捉追
尾補償器と、捕捉時に前記捕捉時指令値と前記精捕捉追
尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック量とか
ら前記精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計
算し、通信時に前記通信時指令値と前記受信光角度ずれ
量検出器の出力のフィードバック量とから前記精捕捉追
尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算する精捕捉追
尾補償器と、捕捉時および通信時の制御モードを設定す
る制御モード切り替え手段とを備えたものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, a gimbal drive is performed in the elevation direction and the azimuth direction so that the light receiving section of the transmission / reception telescope is roughly directed to the partner station to roughly supplement the transmission light from the partner station. A capturing and tracking mechanism, and a fine capturing and tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capturing and tracking mechanism by driving the two-axis gimbal;
A coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting the gimbal angle of the coarse capturing and tracking mechanism; a fine capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting the gimbal angle of the fine capturing and tracking mechanism; A pointing sensor, a adder that adds the relative angle error detected by the pointing sensor and the gimbal angle detected by the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, and predicts the relative angle of the partner station to the own station from the trajectory information. The set trajectory prediction value, the command value at the time of capture set in advance as a target value for forming the fine capture tracking control system at the time of capture, and the target value for forming the fine capture tracking control system at the time of communication are set in advance. A light receiving filter that has the function of detecting the ultra-high-precision light position from the received light and the communication time command value and optically couples to a receiver that demodulates the received light into an electric signal. A coupler, a received light angle shift amount detector for calculating an angle shift amount of the received light on the light receiving fiber coupler, and the fine capture and tracking mechanism gimbal during tracking and communication based on a detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. A coarse / coarse coordinator for obtaining a control target value for driving the coarse capturing / tracking control mechanism so that an angle is set near the origin; and an output of the adder, the trajectory predicted value, and the coarse capturing / tracking during capturing. A gimbal angle correction amount given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated from a feedback amount of an output of a mechanism gimbal angle sensor, and a control target value, the trajectory predicted value, and the coarse capturing and tracking value from the fine / coarse coordinator during communication are calculated. A coarse capture tracking compensator that calculates a gimbal angle correction amount to be applied to the coarse capture tracking mechanism from a feedback amount of an output of a mechanism gimbal angle sensor; From the value and the feedback amount of the output of the precise capture and tracking mechanism gimbal angle sensor, a correction amount of the gimbal angle given to the precise capture and tracking mechanism is calculated, and at the time of communication, the communication command value and the reception light angle deviation amount detector are used. A precise capture and tracking compensator that calculates a gimbal angle correction amount to be applied to the fine capture and tracking mechanism from an output feedback amount, and a control mode switching unit that sets a control mode during capture and during communication. .

【0022】この発明に係る光空間通信装置は、制御モ
ード切り替え手段が、トラッキングセンサの検出出力か
ら入射光角度を判定し、受信光角度ずれ量検出器の出力
から受光ファイバカプラ上の受信光の角度ずれを判定す
ることにより捕捉時および通信時の制御モードを切り替
え設定するものである。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, the control mode switching means determines the incident light angle from the detection output of the tracking sensor, and determines the incident light angle on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle deviation detector. The control mode at the time of capturing and at the time of communication is switched and set by determining the angle shift.

【0023】この発明に係る光空間通信装置は、加算器
が、ポインティングセンサが非受光時で検出出力を得ら
れないときに、事前の受光時の出力値をそのままに保持
するものである。
In the optical free-space communication apparatus according to the present invention, the adder retains the previous output value at the time of light reception when the pointing sensor cannot obtain a detection output when the pointing sensor is not receiving light.

【0024】さらに、この発明に係る光空間通信装置
は、粗捕捉追尾機構が回転することにより内部光学系で
生じた受信光の回転角を検出する像回転検出器と、前記
内部光学系を回転する回転機構と、像回転検出器の検出
出力に応答して前記内部光学系で生じた像回転をキャン
セルするように前記回転機構を駆動制御する回転機構制
御回路とを有したものである。
Further, the optical space communication apparatus according to the present invention comprises an image rotation detector for detecting a rotation angle of the received light generated in the internal optical system by rotation of the coarse capturing and tracking mechanism, and rotating the internal optical system. And a rotation mechanism control circuit that drives and controls the rotation mechanism so as to cancel the image rotation generated in the internal optical system in response to the detection output of the image rotation detector.

【0025】この発明に係る光空間通信装置は、ジンバ
ル駆動する粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に粗向
すると共にジンバル駆動する精捕捉追尾機構により前記
受光部を前記相手局に高精度に向けるように制御する光
空間通信装置において、前記粗捕捉追尾機構が回転する
ことにより内部光学系で生じた受信光の回転角を検出す
る像回転検出器と、前記内部光学系を回転する回転機構
と、前記像回転検出器の検出出力に応答して前記内部光
学系で生じた像回転をキャンセルするように前記回転機
構を駆動制御する回転機構制御回路とを備えたものであ
る。
In the optical space communication apparatus according to the present invention, the light receiving section is roughly directed to the partner station by the coarse capturing and tracking mechanism driven by the gimbal, and the light receiving section is accurately transferred to the partner station by the fine capturing and tracking mechanism driven by the gimbal. In an optical space communication device that controls to direct light, an image rotation detector that detects a rotation angle of received light generated in an internal optical system by rotation of the coarse capturing and tracking mechanism, and a rotation mechanism that rotates the internal optical system And a rotation mechanism control circuit that drives and controls the rotation mechanism so as to cancel the image rotation generated in the internal optical system in response to the detection output of the image rotation detector.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明に係る光空間通信装置の
概略構成を示す構成図であり、図において、101は相
手局からの送信光、102はこの送信光101を受信
し、また自局の送信光を発射するための送受信望遠鏡、
103はその受光部である。1は送受信望遠鏡102の
副鏡、2は送信光102を捕捉する主鏡である。3は3
次鏡で、主鏡2で反射した送信光102の成分、すなわ
ち受信光が副鏡1を経てエレベーション軸内に導光する
ためのものである。4は3次鏡3を経た受信光をアジマ
ス軸内に導光するための4次鏡である。5は送受信望遠
鏡102をエレベーション方向にジンバル駆動し送受信
望遠鏡102の受光部103を相手局に粗向して相手局
からの送信光101を捕捉する粗捕捉追尾機構である。
6は送受信望遠鏡102をアジマス方向にジンバル駆動
し、粗捕捉追尾機構5と共に送受信望遠鏡102の受光
部103を相手局に粗向して送信光を捕捉する粗捕捉追
尾機構である。7は粗捕捉追尾機構6を設置するための
架台、8は架台7を設置面に結合するための支柱、9は
センサ類および光学系を搭載する内部光学系である。1
0は粗捕捉追尾機構5,6の動作で粗捕捉された受信光
をさらに精捕捉追尾するために2軸ジンバル駆動する反
射鏡などからなる精捕捉追尾機構である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an optical space communication apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 101 denotes transmission light from a partner station, 102 receives this transmission light 101, and transmits transmission light of its own station. Transmitting and receiving telescope to launch,
103 is the light receiving unit. 1 is a secondary mirror of the transmission / reception telescope 102, and 2 is a primary mirror for capturing the transmission light 102. 3 is 3
The component of the transmission light 102 reflected by the primary mirror 2 at the secondary mirror, that is, the received light is guided through the secondary mirror 1 into the elevation axis. Reference numeral 4 denotes a quaternary mirror for guiding the received light passing through the tertiary mirror 3 into the azimuth axis. Reference numeral 5 denotes a coarse capturing and tracking mechanism that gimbal-drives the transmission / reception telescope 102 in the elevation direction, roughly directs the light receiving unit 103 of the transmission / reception telescope 102 to the partner station, and captures the transmission light 101 from the partner station.
Reference numeral 6 denotes a coarse capturing and tracking mechanism that gimbal-drives the transmitting and receiving telescope 102 in the azimuth direction, and roughly moves the light receiving unit 103 of the transmitting and receiving telescope 102 to the partner station together with the coarse capturing and tracking mechanism 5 to capture the transmitted light. Reference numeral 7 denotes a gantry for installing the coarse capturing and tracking mechanism 6, 8 denotes a column for connecting the gantry 7 to an installation surface, and 9 denotes an internal optical system on which sensors and an optical system are mounted. 1
Numeral 0 denotes a fine capturing and tracking mechanism including a reflecting mirror driven by a two-axis gimbal to further finely capture and track the received light roughly captured by the operation of the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6.

【0027】11,14はビームスプリッタである。1
2は粗捕捉追尾に用いられ、受信光から相手局との相対
角度誤差を広い範囲で検出する2次元CCDなどからな
るポインティングセンサである。13はダイクロイック
ミラー、15は精捕捉追尾に用いられ、受信光から相手
局との相対角度誤差をポインティングセンサ12よりも
高精度かつ高周波数で検出できる4象限検出器などから
なるトラッキングセンサである。16,19は反射鏡、
26は受信光を信号処理し電気信号に復調する受信機で
ある。17は受信光を受信機26に導光するための超高
精度光位置検出機能付き受光ファイバカプラで、図3で
後述するような構造を持つ。
Reference numerals 11 and 14 are beam splitters. 1
Reference numeral 2 denotes a pointing sensor which is used for coarse capturing and tracking and comprises a two-dimensional CCD or the like for detecting a relative angle error with a partner station from received light in a wide range. Reference numeral 13 denotes a dichroic mirror, and reference numeral 15 denotes a tracking sensor including a four-quadrant detector that is used for precise capturing and tracking and that can detect a relative angle error with respect to a partner station from received light with higher accuracy and higher frequency than the pointing sensor 12. 16 and 19 are reflecting mirrors,
Reference numeral 26 denotes a receiver for performing signal processing on received light and demodulating it into an electric signal. Reference numeral 17 denotes a light-receiving fiber coupler having an ultra-high-precision optical position detection function for guiding received light to the receiver 26, and has a structure described later with reference to FIG.

【0028】18は自局が相手局へ送信する方向の光行
差補正角を調整する2軸駆動可能な光行差補正機構であ
る。20は自局からの送信光を発生する送信機、21は
送受信望遠鏡102の設置面である。22は粗捕捉追尾
機構5,6を駆動制御する粗捕捉追尾機構制御回路であ
る。23は受光ファイバカプラ17上の受信光角度ずれ
量を計算する受信光角度ずれ量検出器である。24は精
捕捉追尾機構10を駆動制御する精捕捉追尾機構制御回
路、25は受光ファイバカプラ17からの受信光を受信
機26に光結合する光ファイバである。33は精捕捉追
尾機構ジンバル角センサ36の検出出力から追尾時およ
び通信時に精捕捉追尾機構ジンバル角が原点近傍に設定
されるように粗捕捉追尾制御機構5,6を駆動するため
の制御目標値を得る精粗協調補償器である。
Reference numeral 18 denotes a biaxially drivable optical line difference correction mechanism for adjusting the optical line difference correction angle in the direction in which the own station transmits to the partner station. Reference numeral 20 denotes a transmitter for generating transmission light from the own station, and reference numeral 21 denotes an installation surface of the transmission / reception telescope 102. Reference numeral 22 denotes a coarse capturing and tracking mechanism control circuit that drives and controls the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6. Reference numeral 23 denotes a reception light angle shift amount detector for calculating the reception light angle shift amount on the light receiving fiber coupler 17. Reference numeral 24 denotes a fine capture and tracking mechanism control circuit for driving and controlling the fine capture and tracking mechanism 10, and reference numeral 25 denotes an optical fiber for optically coupling light received from the light receiving fiber coupler 17 to a receiver 26. 33 is a control target value for driving the coarse capture and tracking control mechanisms 5 and 6 from the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor 36 so that the fine capture and tracking mechanism gimbal angle is set near the origin during tracking and communication. Is a fine and coarse cooperative compensator.

【0029】図2はこの発明の実施の形態1に係る光空
間通信装置の信号処理行程を示すブロック図であり、図
において、30はエンコーダなどから構成され粗捕捉追
尾機構5,6のジンバル角を検出する粗捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサである。27は受光時にポインティング
センサ12の出力が得られる度にその出力とそのときの
粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ30の出力を加算する
加算器である。28は捕捉時、追尾時および通信時の各
制御モードで粗捕捉追尾機構5,6のジンバル角の補正
量を計算する粗捕捉追尾補償器である。29は粗捕捉追
尾機構ジンバル角センサ30の出力をポインティングセ
ンサ12の出力周期に合わせてサンプリングするサンプ
ラである。31は軌道情報から相手局の自局に対する相
対角度を予測設定した軌道予測値である。
FIG. 2 is a block diagram showing a signal processing process of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. Is a gimbal angle sensor for detecting a rough capturing and tracking mechanism. Reference numeral 27 denotes an adder for adding the output of the pointing sensor 12 and the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 30 each time the output of the pointing sensor 12 is obtained during light reception. Reference numeral 28 denotes a coarse capturing and tracking compensator for calculating the amount of gimbal angle correction of the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 in each of the control modes during capturing, tracking and communication. Reference numeral 29 denotes a sampler that samples the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 30 in accordance with the output cycle of the pointing sensor 12. Reference numeral 31 denotes a trajectory prediction value obtained by predicting and setting the relative angle of the partner station with respect to the own station from the trajectory information.

【0030】32は粗捕捉追尾制御系の目標値を捕捉時
と追尾時で切り替えるための第1スイッチである。36
は変位センサなどから構成され精捕捉追尾機構10のジ
ンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサで
ある。34は捕捉時に精捕捉追尾制御系形成するための
目標値として予め設定された捕捉時指令値、35は追尾
時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値として予
め設定された追尾時指令値である。38は捕捉時、追尾
時および通信時の各制御モードで精捕捉追尾機構10の
ジンバル角の補正量を算出する精捕捉追尾補償器であ
る。37は精捕捉追尾補償器38の入力を捕捉時、追尾
時および通信時の各制御モードを切り替えるための第2
スイッチで、第1スイッチ32と共にこの発明の制御モ
ード切り替え手段を構成する。39は通信時に精捕捉追
尾制御系を形成するための目標値として予め設定された
通信時指令値である。
Reference numeral 32 denotes a first switch for switching the target value of the coarse capture tracking control system between capture and tracking. 36
Denotes a gimbal angle sensor configured with a displacement sensor and the like to detect the gimbal angle of the fine capturing and tracking mechanism 10. Numeral 34 denotes a capturing command value preset as a target value for forming a fine capture tracking control system at the time of capturing, and 35 denotes a tracking command value preset as a target value for forming a fine capturing / tracking control system at tracking. It is. Numeral 38 denotes a fine capture and tracking compensator that calculates the amount of correction of the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism 10 in each of the control modes during capture, tracking, and communication. Reference numeral 37 denotes a second switch for switching between control modes at the time of capturing, tracking, and communication of the input of the fine capture and tracking compensator 38.
The switch, together with the first switch 32, constitutes the control mode switching means of the present invention. A communication command value 39 is set in advance as a target value for forming a precise capture and tracking control system during communication.

【0031】図3は受光ファイバカプラ17の構成例を
示す斜視図であり、図において、40は受信光を受信機
26に光結合するためのシングルモードファイバ、4
1,42,43,44はシングルモードファイバ40を
中心にその周囲に配置され受光ファイバカプラ17上の
受信光の位置検出をするためのマルチモードファイバで
ある。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the configuration of the light receiving fiber coupler 17. In FIG. 3, reference numeral 40 denotes a single mode fiber for optically coupling the received light to the receiver 26;
Reference numerals 1, 42, 43, and 44 denote multi-mode fibers disposed around the single-mode fiber 40 for detecting the position of the received light on the light-receiving fiber coupler 17.

【0032】次に動作について説明する。この光空間通
信装置の動作は、送受信望遠鏡102の受光部103を
相手局に粗向してて相手局からの送信光を粗捕捉する捕
捉モードと、粗捕捉した受信光を精捕捉する追尾モード
と、相手局に的が定まった状態で受信機26および送信
機20による通信を行う通信モードに分けられる。
Next, the operation will be described. The operation of the optical space communication apparatus includes a capture mode in which the light receiving unit 103 of the transmission / reception telescope 102 is roughly directed toward the partner station to roughly capture the transmission light from the partner station, and a tracking mode in which the coarsely captured received light is precisely captured. And a communication mode in which communication by the receiver 26 and the transmitter 20 is performed in a state where the target is determined for the partner station.

【0033】捕捉時、図2の回路で第1スイッチ32お
よび第2スイッチ37はそれぞれ捕捉モード側aに接続
される。ポインティングセンサ12は相手局との相対角
度誤差を広い範囲で検出する。したがって、粗捕捉追尾
制御系の目的は、ポインティングセンサ12の相対角度
誤差を示す検出出力が0になるように制御を行うことで
ある。ポインティングセンサ12には通常2次元CCD
が用いられるが、検出に時間を要し、数十ミリ秒間隔で
しか出力が得られない。よって制御帯域を上げるため
に、ポインティングセンサ12の出力が得られると、そ
れに合わせて、そのときの粗捕捉追尾機構ジンバル角セ
ンサ30のジンバル角を表わす検出出力をサンプラ29
でサンプリングし、加算器27で加え合わせ粗捕捉追尾
制御系の目標値とする。
At the time of capturing, the first switch 32 and the second switch 37 in the circuit of FIG. 2 are respectively connected to the capturing mode side a. The pointing sensor 12 detects a relative angle error with respect to the partner station in a wide range. Therefore, the purpose of the coarse capture tracking control system is to perform control so that the detection output indicating the relative angle error of the pointing sensor 12 becomes zero. The pointing sensor 12 usually has a two-dimensional CCD
However, it takes time for detection, and an output is obtained only at intervals of several tens of milliseconds. Therefore, when the output of the pointing sensor 12 is obtained in order to increase the control band, the detection output representing the gimbal angle of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 30 at that time is sampled by the sampler 29.
, And is added by the adder 27 to obtain a target value of the coarse capture and tracking control system.

【0034】粗捕捉追尾制御系の目標値には、さらに軌
道予測値31を加える。これは光空間通信装置が人工衛
星間での通信を行う場合を想定したときに、自局の軌道
情報と相手局の軌道情報から相手局の相対角度を予測し
たものであり、これによってポインティングセンサ12
が非受光時であっても、開ループ制御により受光部10
3がほぼ相手局の方向に向くように粗捕捉追尾機構5,
6を制御できる。加算器27の出力と軌道予測値31の
和を目標値として、粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ3
0の検出出力をフィードバックして粗捕捉追尾制御系を
構成する。目標値とフィードバック量との偏差は粗捕捉
追尾補償器28に入力され、粗捕捉追尾補償器28はP
ID(Proportional Integrato
n and Differential)制御などでこ
の偏差が0になるように粗捕捉追尾機構5,6を駆動す
る。
The trajectory prediction value 31 is further added to the target value of the coarse capture and tracking control system. This is a prediction of the relative angle of the partner station from the orbital information of the own station and the orbital information of the partner station, assuming that the optical space communication device performs communication between artificial satellites. 12
Is not receiving light, the light receiving section 10 is controlled by the open loop control.
3. The coarse acquisition and tracking mechanism 5, so that 3 faces almost toward the partner station.
6 can be controlled. Using the sum of the output of the adder 27 and the predicted trajectory value 31 as a target value, the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 3
The coarse detection and tracking control system is formed by feeding back the 0 detection output. The deviation between the target value and the feedback amount is input to the coarse capture tracking compensator 28, and the coarse capture tracking compensator 28
ID (Proportional Integrato)
The coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 are driven such that the deviation becomes zero by, for example, n and differential control.

【0035】次に加算器27の働きについて述べる。こ
こでは説明上、軌道予測値31の影響を省略して考える
が、軌道予測値31が含まれる場合においてもその働き
は全く同じである。ポインティングセンサ12の検出出
力に対して粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ30の出力
が等しくなるように粗捕捉追尾補償器28が働く。しか
し、粗補足追尾補償器28の特性、あるいはポインティ
ングセンサ12に含まれる誤差などによって粗捕捉追尾
機構5,6の動作は完全に相手局の方向を向くことは少
なく、いくらかの誤差が残る。この誤差分については、
次のポインティングセンサ12の信号によって検出する
ことができる。この誤差分は、そのときの粗捕捉追尾機
構5,6の状態に対する相対的なものであるから、ジン
バル角の絶対的な目標値を与えるには、そのときの粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサ30の検出出力を加える必
要がある。これが加算器27の役割である。
Next, the operation of the adder 27 will be described. Here, for the sake of explanation, the effect of the trajectory prediction value 31 will be omitted, but the function is exactly the same when the trajectory prediction value 31 is included. The coarse capturing and tracking compensator 28 operates so that the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 30 becomes equal to the detection output of the pointing sensor 12. However, due to the characteristics of the coarse supplementary tracking compensator 28 or the errors included in the pointing sensor 12, the operations of the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 are rarely completely directed to the partner station, and some errors remain. For this error,
It can be detected by the next signal of the pointing sensor 12. Since this error is relative to the state of the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 at that time, in order to give an absolute target value of the gimbal angle, the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 30 Needs to be added. This is the role of the adder 27.

【0036】また加算器27は、ポインティングセンサ
12が非受光時で検出出力が得られないときには、事前
の受光時の出力値をそのままに保持するように動作す
る。このことにより、仮に相手局の動きが速く、粗捕捉
追尾制御系で追尾に必要なところまで誤差を低減できず
に相手局の追尾に入れなかった場合でも、粗捕捉追尾機
構5,6が次に相手局を捕捉するまでの間に送受望遠鏡
102を相手局の方向に向けておくことができる。した
がって、ポインティングセンサ12の次の受光時には初
期誤差が少なくなって確実に追尾に入ることができる。
The adder 27 operates so as to keep the previous output value at the time of light reception when the pointing sensor 12 does not receive light and no detection output is obtained. As a result, even if the movement of the partner station is fast and the error cannot be reduced to the level required for tracking by the coarse capture and tracking control system and the target station cannot be tracked, the coarse capture and tracking mechanisms 5 and 6 can be used next time. The transmission / reception telescope 102 can be directed toward the partner station until the partner station is captured. Therefore, at the time of the next light reception of the pointing sensor 12, the initial error is reduced, and the tracking can be reliably started.

【0037】また、精捕捉追尾機構10のジンバル角を
中立点に制御するために、精捕捉追尾機構ジンバル角セ
ンサ36の検出出力をフィードバックして、精捕捉追尾
制御系を構成する。捕捉時指令値34は0であるが、オ
フセットを与えることもできる。この捕捉時指令値34
とフィードバック量との偏差は精捕捉追尾補償器38に
入力され、精捕捉追尾補償器38はPID制御などでこ
の偏差が0になるように精捕捉追尾機構10を駆動す
る。
Further, in order to control the gimbal angle of the precise capturing and tracking mechanism 10 to a neutral point, the detection output of the precise capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 36 is fed back to constitute a fine capturing and tracking control system. Although the capture command value 34 is 0, an offset can also be given. The command value at the time of capture 34
The deviation between the feedback amount and the feedback amount is input to the fine capture and tracking compensator 38, and the fine capture and tracking compensator 38 drives the fine capture and tracking mechanism 10 by PID control or the like so that the deviation becomes zero.

【0038】次に、追尾時、すなわち光空間通信装置が
相手局を捕捉する段階から相手局を正確に捉える追尾す
る段階に入ると、第1スイッチ32および第2スイッチ
37はそれぞれ追尾モード側bに切り替える。追尾時で
は、相手局に対して照準を合わせるためにより高い指向
精度が要求される。そのため、センサを2次元CCDな
どのポインティングセンサ12から4象限検出器などの
トラッキングセンサ15に切り替える必要がある。ま
た、精捕捉追尾機構10の駆動範囲を逸脱しないように
精捕捉追尾制御系と粗捕捉追尾制御系の両方を協調的に
動作させる必要がある。
Next, at the time of tracking, that is, when the space optical communication apparatus enters a tracking stage of accurately capturing the partner station from the stage of capturing the partner station, the first switch 32 and the second switch 37 are respectively set to the tracking mode side b. Switch to At the time of tracking, higher pointing accuracy is required in order to aim at the partner station. Therefore, it is necessary to switch the sensor from the pointing sensor 12 such as a two-dimensional CCD to the tracking sensor 15 such as a four-quadrant detector. In addition, it is necessary to operate both the fine capture tracking control system and the coarse capture tracking control system cooperatively so as not to deviate from the driving range of the fine capture tracking mechanism 10.

【0039】精捕捉追尾制御系と粗捕捉追尾制御系の両
方を協調的に動作させるために、精捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサ36の値を用いて、それが中立点に戻るよう
に粗捕捉追尾機構5,6を駆動するようにする。すなわ
ち、まず精捕捉追尾機構ジンバル角センサ36の出力を
精粗協調補償器33に入力し、そこで例えば積分制御な
どを行ってから軌道予測値31を加え合わせて粗捕捉追
尾補償器28の目標値とする。そのため、第1スイッチ
32は追尾モード側bに切り替えられており、粗捕捉追
尾制御系の目標値の切り替えが行われる。このようにす
ると、粗捕捉追尾機構5,6は、ポインティングセンサ
12の値とは無関係に精捕捉追尾機構10のジンバル角
を中立点に戻すように動くことになるので、両方の制御
系が干渉を起こすおそれはなく、精捕捉追尾制御系は精
捕捉追尾機構10の駆動範囲から逸脱することなく高精
度の追尾精度を達成できる。
In order to operate both the fine capture tracking control system and the coarse capture tracking control system cooperatively, the value of the fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor 36 is used so that the coarse capture tracking is returned to the neutral point. The mechanisms 5 and 6 are driven. That is, first, the output of the fine capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor 36 is input to the fine and coarse cooperative compensator 33, where, for example, integration control is performed, and the trajectory predicted value 31 is added to the target value of the coarse capturing and tracking compensator 28. And Therefore, the first switch 32 is switched to the tracking mode side b, and the target value of the coarse capture tracking control system is switched. In this case, the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 move so as to return the gimbal angle of the fine capturing and tracking mechanism 10 to the neutral point irrespective of the value of the pointing sensor 12, so that both control systems interfere with each other. The precise capture and tracking control system can achieve high-accuracy tracking accuracy without departing from the driving range of the fine capture and tracking mechanism 10.

【0040】追尾時では、トラッキングセンサ15の原
点に受信光を導光するために、トラッキングセンサ15
の検出出力をフィードバックして、精捕捉追尾制御系を
構成する。追尾時指令値35は0であるが、オフセット
を与えることもできる。この追尾時指令値35とフィー
トバック量との偏差は精捕捉追尾補償器38に入力さ
れ、精捕捉追尾補償器38はPID制御などでこの偏差
が0になるように精捕捉追尾機構10を駆動する。
At the time of tracking, in order to guide the received light to the origin of the tracking sensor 15, the tracking sensor 15
Is fed back to constitute a precise capture and tracking control system. The tracking command value 35 is 0, but an offset can also be given. The deviation between the tracking command value 35 and the feedback amount is input to the fine capture tracking compensator 38, and the fine capture tracking compensator 38 drives the fine capture tracking mechanism 10 by PID control or the like so that the deviation becomes zero. I do.

【0041】次に、通信時、すなわち光空間通信装置が
相手局を追尾する段階から相手局と通信する段階に入る
と、第1スイッチ32は追尾モード側bの状態で、第2
スイッチ37は通信モード側cに切り替える。通信時に
は、受信光を受信機26に導光するために、さらに高い
指向精度が要求される。そのため第2スイッチ37によ
りトラッキングセンサ15から受光ファイバカプラ17
の位置検出機能を用いたものに切り替え、精捕捉追尾制
御系の構成を切り替える。
Next, at the time of communication, that is, when the space optical communication apparatus enters the stage of communicating with the partner station from the stage of tracking the partner station, the first switch 32 is in the tracking mode side b and the second switch 32 is in the tracking mode side b.
The switch 37 switches to the communication mode side c. During communication, higher directivity is required to guide the received light to the receiver 26. Therefore, the tracking switch 15 is switched from the light receiving fiber coupler 17 by the second switch 37.
Of the fine capture and tracking control system.

【0042】通信時では、図3に示す受光ファイバカプ
ラ17の中心、つまりシングルモードファイバ40の中
心に受信光を導光するために、受信光位置検出をするた
めのマルチモードファイバ41,42,43,44の入
力光を受信光角度ずれ量検出器23に光結合して、受光
ファイバカプラ17上の受信光角度ずれ量を算出する。
この受信光角度ずれ量をフィードバックして、精捕捉追
尾制御系を構成する。通信時指令値39は0であるが、
オフセットを与えることもできる。この通信時指令値3
9とフィードバック量との偏差は精捕捉追尾補償器38
に入力され、精捕捉追尾補償器38はPID制御などで
この偏差が0になるように精捕捉追尾機構10を駆動す
る。これによりシングルモードファイバ40の中心に受
信光が導光されるようになり、受信機26に十分な受信
光を導光できる。
At the time of communication, in order to guide the received light to the center of the light receiving fiber coupler 17 shown in FIG. The input light beams 43 and 44 are optically coupled to the received light angle deviation amount detector 23, and the received light angle deviation amount on the light receiving fiber coupler 17 is calculated.
The received light angle deviation amount is fed back to form a precise capture and tracking control system. The communication command value 39 is 0,
An offset can also be given. This communication command value 3
The deviation between 9 and the feedback amount is precisely captured and tracked compensator 38.
, And the precise capture and tracking compensator 38 drives the fine capture and tracking mechanism 10 by PID control or the like so that the deviation becomes zero. As a result, the reception light is guided to the center of the single mode fiber 40, and sufficient reception light can be guided to the receiver 26.

【0043】また、受信光角度ずれ量検出器23には、
マルチモードファイバ41,42,43,44から光結
合される受信光を電気信号に変換するためのフォトダイ
オ一ド(図示せず)が備えられており、それぞれのフォ
トダイオードからの出力を加減算して4象限検出器と同
等な方法により受信光位置ずれ量を検出し、精捕捉追尾
機構10の駆動角量に換算する。同様に、受信機26は
シングルモードファイバ40から光結合された受信光を
電気信号に変換するためのフォトダイオード(図示せ
ず)を具備する。
The received light angle deviation amount detector 23 includes:
Photodiodes (not shown) for converting received light optically coupled from the multimode fibers 41, 42, 43, and 44 into electric signals are provided, and add and subtract outputs from the respective photodiodes. Then, the received light position shift amount is detected by the same method as that of the four-quadrant detector, and is converted into the drive angle amount of the fine capture and tracking mechanism 10. Similarly, the receiver 26 includes a photodiode (not shown) for converting received light optically coupled from the single mode fiber 40 into an electric signal.

【0044】光ファイバ25により受信機26に光結合
した受信光を電気信号に変換することにより、電気的ノ
イズの影響を抑えることができ、微弱光でも通信が行え
る。また、光ファイバ25の引き回しに制限がないこと
で受信機26の設置場所の自由度が増える。受信機26
へ導光するためのシングルモードファイバ40とそのま
わりに光位置を検出するためのマルチモードファイバ4
1,42,43,44を一体化することにより、センサ
の小型軽量化および省スペース化が図れる。
By converting the received light optically coupled to the receiver 26 by the optical fiber 25 into an electric signal, the effect of electric noise can be suppressed, and communication can be performed even with weak light. In addition, since there is no restriction on the routing of the optical fiber 25, the degree of freedom of the installation location of the receiver 26 increases. Receiver 26
Single mode fiber 40 for guiding light to the surroundings and multimode fiber 4 for detecting the position of the light around the single mode fiber 40
By integrating 1, 42, 43, and 44, the size and weight of the sensor can be reduced and the space can be saved.

【0045】なお、上記説明の例では捕捉時、追尾時お
よび通信時の3制御モードを想定しているが、ポインテ
ィングセンサ12、受光ファイバカプラ17等の光学系
設置誤差が無視でき、しかもポインティングセンサ12
が高精度で角度検出できる場合においては、捕捉モード
からいきなり通信モードヘの移行が可能となり、この2
種類の制御モードで光空間通信装置を構成することも可
能となる。したがって、その場合、トラッキングセンサ
15および追尾時指令値35は省略できることになる。
In the example described above, three control modes are assumed: capture, tracking, and communication. However, the installation error of the optical system such as the pointing sensor 12 and the light receiving fiber coupler 17 can be neglected. 12
When the angle can be detected with high accuracy, it is possible to immediately shift from the capture mode to the communication mode.
It is also possible to configure the space optical communication apparatus in various control modes. Therefore, in this case, the tracking sensor 15 and the tracking command value 35 can be omitted.

【0046】以上のように、実施の形態1によれば、粗
捕捉追尾制御機構5,6と精捕捉追尾制御機構10だけ
によって捕捉追尾が行えるようにしたので、光空間通信
装置の小型・軽量化が実現できる効果が得られる。ま
た、受光部103を相手局に対して高速で広範囲かつ高
精度に捕捉追尾することができ、ポインティングセンサ
12、トラッキングセンサ15および受光ファイバカプ
ラ17の取り付け誤差を粗捕捉追尾機構5,6、精捕捉
追尾機構10の制御により打ち消すようにしたので、粗
捕捉追尾制御系と精捕捉追尾制御系の干渉を起こすこと
なく捕捉モードから追尾モードヘ円滑に移行しかつ追尾
を確実に持続することができる効果が得られる。さら
に、追尾モードにより相手局からの受信光を高精度に指
向制御した後、追尾モードから通信モードに移行して、
超高精度光位置検出機能付き受光ファイバカプラ17を
用いて更に高精度に指向制御することにより受信機26
に受信光を導光するので、受信光が微弱であっても通信
が可能となり、かつ受信機26の設置場所の自由度を増
やすことができる効果が得られる。
As described above, according to the first embodiment, acquisition and tracking can be performed only by the coarse acquisition and tracking control mechanisms 5 and 6 and the fine acquisition and tracking control mechanism 10, so that the optical space communication apparatus is small and lightweight. The effect that can be realized is obtained. Further, the light receiving unit 103 can capture and track the other station at high speed over a wide range and with high accuracy, and the mounting errors of the pointing sensor 12, the tracking sensor 15 and the light receiving fiber coupler 17 can be reduced by the coarse capturing and tracking mechanisms 5, 6, Since the canceling is performed by the control of the capturing and tracking mechanism 10, the effect of smoothly transitioning from the capturing mode to the tracking mode without causing interference between the coarse capturing and tracking control system and the fine capturing and tracking control system and reliably maintaining the tracking. Is obtained. Furthermore, after the pointing light from the partner station is highly accurately controlled in the tracking mode, the mode is shifted from the tracking mode to the communication mode,
The light receiving fiber coupler 17 with an ultra-high-precision optical position detection function is used to perform the pointing control with higher precision, so that the receiver 26
Since the received light is guided to the receiver, communication can be performed even if the received light is weak, and the effect of increasing the degree of freedom of the installation location of the receiver 26 can be obtained.

【0047】実施の形態2.図4はこの発明の実施の形
態2に係る光空間通信装置の信号処理行程を示すブロッ
ク図であり、図2に相当する部分は同一符号を付して示
し、その説明を省略する。図において、45はトラッキ
ングセンサ角度判定器で、トラッキングセンサ15の視
野内に受信光が入射しているかどうかの判定、およびあ
る設定した高精度指向角内に受信光が入射しているかど
うか、すなわち入射光角度を判定し、第1スイッチ62
を通信時および追尾時のいずれかの制御モードに自動設
定するものである。46は受信光角度ずれ量判定器で、
受光ファイバカプラ17上の受信光が受光ファイバカプ
ラ17の視野内に入射しているかどうか、すなわち受信
光の角度ずれを判定するものである。47はスイッチ自
動切り替え器で、トラッキングセンサ角度判定器45と
受信光角度ずれ量判定器46の出力に応答して第2スイ
ッチ37を捕捉時、追尾時および通信時のいずれかの制
御モードに自動的に切り替えるものである。
Embodiment 2 FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing process of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Portions corresponding to FIG. In the figure, reference numeral 45 denotes a tracking sensor angle determiner, which determines whether or not the received light is incident on the field of view of the tracking sensor 15, and whether or not the received light is incident on a certain high-precision directional angle, that is, The first switch 62 determines the incident light angle.
Is automatically set to one of the control modes during communication and during tracking. 46 is a received light angle deviation amount judging device,
This is to determine whether or not the received light on the light receiving fiber coupler 17 has entered the field of view of the light receiving fiber coupler 17, that is, to determine the angular deviation of the received light. Reference numeral 47 denotes an automatic switch for automatically switching the second switch 37 to one of the control modes of capturing, tracking, and communication in response to the outputs of the tracking sensor angle determiner 45 and the received light angle deviation amount determiner 46. It is something that switches.

【0048】次に動作について説明する。初期捕捉時な
どでは、トラッキングセンサ15は非受光状態であるた
め、トラッキングセンサ角度判定器45は第1スイッチ
32、第2スイッチ37をいずれも捕捉モード側aに設
定している。トラッキングセンサ15の視野内に受信光
が入射されると、トラッキングセンサ角度判定器45
は、第1スイッチ32を追尾モード側bに切り替えると
共にスイッチ自動切り替え器47を通して第2スイッチ
37も追尾モード側bに切り替える。さらに、追尾時に
トラッキングセンサ15のある設定した高精度指向角内
に受信光が入射されると、トラッキングセンサ角度判定
器45はスイッチ自動切り替え器47により第2スイッ
チ37を通信モード側cに切り替える。ここで、トラッ
キングセンサ15で設定する高精度指向角の値は、この
設定値内であれば受信光が受光ファイバカプラ17の視
野内に入射するように与える。よって通信時には、トラ
ッキングセンサ角度判定器45と受信光角度ずれ量判定
器46からの両出力ともに第2スイッチ37を通信モー
ドにするように出力される。
Next, the operation will be described. At the time of initial capture, the tracking sensor 15 is in a non-light receiving state, and therefore the tracking sensor angle determiner 45 sets both the first switch 32 and the second switch 37 to the capture mode side a. When the received light enters the field of view of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45
Switches the first switch 32 to the tracking mode side b and also switches the second switch 37 to the tracking mode side b through the automatic switch 47. Further, when the received light is incident within a set high-accuracy directivity angle of the tracking sensor 15 during tracking, the tracking sensor angle determiner 45 switches the second switch 37 to the communication mode side c by the switch automatic switch 47. Here, the value of the high-precision directivity angle set by the tracking sensor 15 is given so that the received light enters the field of view of the light-receiving fiber coupler 17 if the value is within this set value. Therefore, at the time of communication, both outputs from the tracking sensor angle determiner 45 and the received light angle deviation amount determiner 46 are output so that the second switch 37 is set to the communication mode.

【0049】外乱等により受信光が受光ファイバカプラ
17の視野からはずれると、受信光角度ずれ量判定器4
6は通信不可と判定し、スイッチ自動切り替え器47に
より第2スイッチ37を通信モード側cから追尾モード
側bに切り替える。この追尾時において、トラッキング
センサ15のある設定した高精度指向角内に受信光が入
射されれば、トラッキングセンサ角度判定器45はスイ
ッチ自動切り替え器47により再び第2スイッチ37を
通信モ一ド側cに切り替えるが、トラッキングセンサ1
5の視野から受信光がはずれた場合には、ドーラツキン
グセンサ角度判定器45の判定出力はスイッチ自動切り
替え器47に与えられ第2スイッチ37を追尾モード側
bから捕捉モード側aに切り替えると同時に、第1スイ
ッチ32も追尾モード側bから捕捉モード側aに切り替
える。
When the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler 17 due to disturbance or the like, the received light angle shift amount judging device 4
6 determines that communication is not possible, and switches the second switch 37 from the communication mode side c to the tracking mode side b by the automatic switch changer 47. At the time of this tracking, if the received light is incident within a certain set high-accuracy directivity angle of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45 switches the second switch 37 again by the automatic switch 47 to the communication mode side. c, but the tracking sensor 1
When the received light deviates from the field of view of 5, the determination output of the dragging sensor angle determiner 45 is given to the automatic switch changer 47, and the second switch 37 is switched from the tracking mode side b to the capture mode side a. At the same time, the first switch 32 also switches from the tracking mode side b to the capture mode side a.

【0050】なお、上記説明の例では捕捉時、追尾時お
よび通信時の3制御モードを想定しているが、ポインテ
ィングセンサ12、受光ファイバカプラ17等の光学系
設置誤差が無視でき、しかもポインティングセンサ12
が高精度で角度検出できる場合においては、捕捉モード
からいきなり通信モードヘの移行が可能となり、この2
種類の制御モードで光空間通信装置を構成することも可
能となる。したがって、その場合、トラッキングセンサ
15および追尾時指令値35は省略できることになり、
追尾モードが省略できるから、制御モード切り替え手段
の構成として、トラッキングセンサ角度判定器45も省
ける。
In the example described above, three control modes are assumed: capture, tracking, and communication. However, the installation error of the optical system such as the pointing sensor 12 and the light receiving fiber coupler 17 can be neglected. 12
When the angle can be detected with high accuracy, it is possible to immediately shift from the capture mode to the communication mode.
It is also possible to configure the space optical communication apparatus in various control modes. Therefore, in that case, the tracking sensor 15 and the tracking command value 35 can be omitted,
Since the tracking mode can be omitted, the tracking sensor angle determiner 45 can be omitted as a configuration of the control mode switching means.

【0051】以上のように実施の形態2によれば、トラ
ッキングセンサ15と受光ファイバカプラの検出出力を
利用して17捕捉モード、追尾モード、通信モードを自
動的に切り替え設定するようにしたので、外乱等により
受信光がトラッキングセンサ15の視野からはずれた場
合においても、捕捉モードに移行後早急に追尾モードに
移行でき、外乱等により受信光が受光ファイバカプラ1
7の視野からはずれて受信機26に受信光を導光できな
い場合においても、追尾モードに移行後早急に通信モー
ドに移行できるようになり、通信遮断時間の短縮を図れ
る効果が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the 17 capture mode, the tracking mode, and the communication mode are automatically switched and set using the detection output of the tracking sensor 15 and the light receiving fiber coupler. Even if the received light deviates from the field of view of the tracking sensor 15 due to disturbance or the like, it is possible to immediately shift to the tracking mode after shifting to the capture mode.
Even if the received light cannot be guided to the receiver 26 because it deviates from the field of view of 7, the mode can be shifted to the communication mode immediately after shifting to the tracking mode, and the effect of shortening the communication interruption time can be obtained.

【0052】実施の形態3.図5はこの発明の実施の形
態3に係る光空間通信装置の信号処理行程を示すブロッ
ク図であり、図2および図4に相当する部分は同一符号
を付して示し、その説明を省略する。図において、48
は受信光オフセット算出器で、受信光角度ずれ量検出器
23の出力からトラッキングセンサ15の検出出力をオ
フセットするための出力を得るものである。49は追尾
モードと通信モードで精捕捉追尾制御系への目標値を切
り替えるための第3スイッチである。
Embodiment 3 FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing process of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Parts corresponding to FIG. 2 and FIG. . In the figure, 48
Is a reception light offset calculator for obtaining an output for offsetting the detection output of the tracking sensor 15 from the output of the reception light angle deviation amount detector 23. Reference numeral 49 denotes a third switch for switching a target value to the fine acquisition tracking control system in the tracking mode and the communication mode.

【0053】次に動作について説明する。初期捕捉時な
どの捕捉時には、トラッキングセンサ15は非受光状態
であるため、トラッキングセンサ角度判定器45は第1
スイッチ32、第2スイッチ37を捕捉モード側aに設
定している。この場合、捕捉指令値34が精捕捉追尾補
償器38に与えられ精捕捉追尾制御系を構成する。粗捕
捉が行われ、トラッキングセンサ15の視野内に受信光
が入射されると、トラッキングセンサ角度判定器45は
第1スイッチ32、第2スイッチ37および第3スイッ
チ49を捕捉モード側aから追尾モード側bに切り替え
る。
Next, the operation will be described. At the time of capturing, such as at the time of initial capturing, the tracking sensor 15 is in the non-light receiving state.
The switch 32 and the second switch 37 are set to the capture mode side a. In this case, the capture command value 34 is provided to the fine capture and tracking compensator 38 to constitute a fine capture and tracking control system. When the coarse capturing is performed and the received light enters the field of view of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45 switches the first switch 32, the second switch 37, and the third switch 49 from the capturing mode side a to the tracking mode. Switch to side b.

【0054】追尾時になると、トラッキングセンサ15
の原点に受信光を導光するためにトラッキングセンサ1
5の出力をフィードバックして、精捕捉追尾制御系を構
成する。追尾時指令値35は0であるが、オフセットを
与えることもできる。この追尾時指令値35とフィード
バック量との偏差は精捕捉追尾補償器38に入力され、
精捕捉追尾補償器38はPID制御などでこの偏差が0
になるように精捕捉追尾機構10を駆動する。
At the time of tracking, the tracking sensor 15
Tracking sensor 1 to guide the received light to the origin of the
5 is fed back to form a precise capture and tracking control system. The tracking command value 35 is 0, but an offset can also be given. The deviation between the tracking command value 35 and the feedback amount is input to the fine capture tracking compensator 38,
The fine capture and tracking compensator 38 has a deviation of 0 due to PID control or the like.
The precise capturing and tracking mechanism 10 is driven so that

【0055】さらに、追尾時にトラッキングセンサ15
のある設定した高精度指向角内に受信光が入射される
と、トラッキングセンサ角度判定器45はスイッチ自動
切り替え器47により第3スイッチ49を追尾モード側
bから通信モード側cに切り替える。ここで、トラッキ
ングセンサ15で設定する高精度指向角の値は、この設
定値内であれば受信光が受光ファイバカプラ17の視野
内に入射するように与える。通信時では、受信光オフセ
ット算出器48の出力に追従するようにトラッキングセ
ンサ15の出力をフィードバックして精捕捉追尾制御系
を構成する。この受信光オフセット算出器48の出力信
号とフィードバック量との偏差は精捕捉追尾補償器38
に入力され、精捕捉追尾補償器38はPID制御などで
この偏差が0になるように精捕捉追尾機構10を駆動す
る。
Further, at the time of tracking, the tracking sensor 15
When the received light is incident within a set high-accuracy directivity angle, the tracking sensor angle determiner 45 switches the third switch 49 from the tracking mode side b to the communication mode side c by the automatic switch 47. Here, the value of the high-precision directivity angle set by the tracking sensor 15 is given so that the received light enters the field of view of the light-receiving fiber coupler 17 if the value is within this set value. At the time of communication, the output of the tracking sensor 15 is fed back so as to follow the output of the received light offset calculator 48 to form a fine acquisition tracking control system. The deviation between the output signal of the received light offset calculator 48 and the feedback amount is determined by the precise acquisition and tracking compensator 38.
, And the precise capture and tracking compensator 38 drives the fine capture and tracking mechanism 10 by PID control or the like so that the deviation becomes zero.

【0056】次に受信光オフセット算出器48の動作に
ついて説明する。図3の受光ファイバカプラ17の光位
置検出機能であるマルチモードファイバ41,42,4
3,44のいずれかにより検出される信号を、受信光を
受信機26に光結合するためのシングルモードファイバ
40の信号と比較して、それを精捕捉追尾機構10の駆
動角量に換算し、オフセット量としてトラッキングセン
サ15の出力信号に加え合わせる。このオフセットによ
り、受信光を受信機26に導光することができる。受光
ファイバカプラ17のシングルモードファイバ40には
受信光が入射されるが、光位置検出機能用のマルチモー
ドファイバ41,42,43,44の全てに受信光が入
射されない場合、つまり受信光スポットが小さい場合に
おいても、受信光はある強度分布を持つため、受信光角
度がわずかに振れても、受信光角度ずれ量検出器23お
よび受信機26内に具備されるフォトダイオードでその
角度変化を検出でき、精捕捉追尾制御系へのオフセット
量を算出できる。
Next, the operation of the received light offset calculator 48 will be described. The multi-mode fibers 41, 42, 4 serving as a light position detecting function of the light receiving fiber coupler 17 of FIG.
The signal detected by any one of 3 and 44 is compared with the signal of the single mode fiber 40 for optically coupling the received light to the receiver 26, and is converted into the driving angle amount of the fine capturing and tracking mechanism 10. Is added to the output signal of the tracking sensor 15 as an offset amount. This offset allows the received light to be guided to the receiver 26. The received light is incident on the single mode fiber 40 of the light receiving fiber coupler 17, but the received light is not incident on all of the multimode fibers 41, 42, 43, and 44 for the optical position detection function, that is, the received light spot is Even if the received light has a certain intensity distribution, even when the received light is small, even if the received light angle fluctuates slightly, the change in the angle is detected by the received light angle deviation amount detector 23 and the photodiode provided in the receiver 26. It is possible to calculate the offset amount to the precise capture and tracking control system.

【0057】また通信時において、外乱等により受信光
が受光ファイバカプラ17の視野からはずれると、受信
光角度ずれ判定器46は通信不可と判定し、スイッチ自
動切り替え器47により第3スイッチ49を追尾モード
側bに切り替える。この追尾時に戻った状態において、
トラッキングセンサ15のある設定した高精度指向角内
に受信光が入射されると、トラッキングセンサ角度判定
器45の判定出力はスイッチ自動切り替え器47に与え
られ第3スイッチ49を通信モード側cに再び切り替え
るが、トラッキングセンサ15の視野から受信光がはず
れる場合には、トラッキングセンサ角度判定器45は第
1スイッチ32および第2スイッチ37を追尾モード側
bから捕捉モード側aに切り替える。
In communication, if the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler 17 due to disturbance or the like, the received light angle deviation determiner 46 determines that communication is not possible, and the third switch 49 is tracked by the automatic switch 47. Switch to mode b. In the state returned at the time of this tracking,
When the received light is incident within a set high-accuracy directivity angle of the tracking sensor 15, the determination output of the tracking sensor angle determiner 45 is given to the switch automatic switching device 47, and the third switch 49 is returned to the communication mode side c. When the received light deviates from the field of view of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45 switches the first switch 32 and the second switch 37 from the tracking mode side b to the capture mode side a.

【0058】以上のように実施の形態3によれば、捕捉
モード、追尾モードおよび通信モードを自動的に切り替
えることができるので、外乱等によりトラッキングセン
サ15の視野から受信光がはずれた場合においても、捕
捉モードに移行後早急に追尾モードに移行し、また外乱
等により受光ファイバカプラ17の視野から受信光がは
ずれて受信機26に受信光を導光できない場合において
も、追尾モードに移行後早急に通信モードに移行でき、
通信遮断時間の短縮を図れる効果が得られる。また、受
信光オフセット算出器48を設けたことにより、通信時
に受信光スポットが小さく受光ファイバカプラ17の光
位置検出機能部の全てに入射できない場合においても、
オフセット量により受信機26に受信光を導光できる効
果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, the capture mode, the tracking mode, and the communication mode can be automatically switched. In the case where the mode immediately shifts to the tracking mode after shifting to the capture mode and the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler 17 due to disturbance or the like, and the received light cannot be guided to the receiver 26, the mode immediately shifts to the tracking mode. To the communication mode
The effect of shortening the communication interruption time can be obtained. Further, by providing the reception light offset calculator 48, even when the reception light spot is small during communication and cannot enter all the optical position detection function units of the light receiving fiber coupler 17,
The effect of guiding the received light to the receiver 26 is obtained by the offset amount.

【0059】実施の形態4.図6はこの発明の実施の形
態4に係る光空間通信装置の信号処理行程を示すブロッ
ク図であり、図5に相当する部分は同一符号を付して示
し、その説明を省略する。図において、50はオフセッ
ト量発生器で、受信光角度ずれ量検出器23からの出力
をオフセットとしてトラッキングセンサ15に与えるた
めのものであり、実施の形態3の受信光オフセット算出
器48に置き換えたものである。
Embodiment 4 FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a signal processing process of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. Portions corresponding to FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the figure, reference numeral 50 denotes an offset amount generator for giving the output from the received light angle deviation amount detector 23 to the tracking sensor 15 as an offset, which is replaced by the received light offset calculator 48 of the third embodiment. Things.

【0060】次に動作について説明する。初期捕捉時な
どの捕捉モード時には、トラッキングセンサ15は非受
光状態であるため、トラッキングセンサ角度判定器45
は第1スイッチ32、第2スイッチ37を捕捉モード側
aに設定している。この場合、捕捉指令値34が精捕捉
追尾補償器38に与えられ精捕捉追尾制御系を構成す
る。粗捕捉が行われ、トラッキングセンサ15の視野内
に受信光が入射されると、トラッキングセンサ角度判定
器45は第1スイッチ32、第2スイッチ37および第
3スイッチ49を捕捉モード側aから追尾モード側bに
切り替える。
Next, the operation will be described. In the capturing mode such as the initial capturing mode, the tracking sensor 15 is in the non-light receiving state, so that the tracking sensor angle determination unit 45
Sets the first switch 32 and the second switch 37 to the capture mode side a. In this case, the capture command value 34 is provided to the fine capture and tracking compensator 38 to constitute a fine capture and tracking control system. When the coarse capturing is performed and the received light enters the field of view of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45 switches the first switch 32, the second switch 37, and the third switch 49 from the capturing mode side a to the tracking mode. Switch to side b.

【0061】追尾時になると、トラッキングセンサ15
の原点に受信光を導光するためにトラッキングセンサ1
5の出力をフィードバックして、精捕捉追尾制御系を構
成する。追尾時指令値35は0であるが、オフセットを
与えることもできる。この追尾時指令値35とフィード
バック量との偏差は精捕捉追尾補償器38に入力され、
精捕捉追尾補償器38はPID制御などでこの偏差が0
になるように精捕捉追尾機構10を駆動する。さらに、
追尾時にトラッキングセンサ15のある設定した高精度
指向角内に受信光が入射されると、トラッキングセンサ
角度判定器45はスイッチ自動切り替え器47により第
3スイッチ49を追尾モード側bから通信モード側cに
切り替える。ここで、トラッキングセンサ15で設定す
る高精度指向角の値は、この設定値内であれば受信光が
受光ファイバカプラ17の視野内に入射するように与え
る。
At the time of tracking, the tracking sensor 15
Tracking sensor 1 to guide the received light to the origin of the
5 is fed back to form a precise capture and tracking control system. The tracking command value 35 is 0, but an offset can also be given. The deviation between the tracking command value 35 and the feedback amount is input to the fine capture tracking compensator 38,
The fine capture and tracking compensator 38 has a deviation of 0 due to PID control or the like.
The precise capturing and tracking mechanism 10 is driven so that further,
When the received light is incident within a set high-accuracy directivity angle of the tracking sensor 15 during tracking, the tracking sensor angle determiner 45 switches the third switch 49 by the automatic switch 47 from the tracking mode side b to the communication mode side c. Switch to Here, the value of the high-precision directivity angle set by the tracking sensor 15 is given so that the received light enters the field of view of the light-receiving fiber coupler 17 if the value is within this set value.

【0062】通信時では、オフセット量発生器50の出
力信号に追従するようにトラッキングセンサ15の出力
をフィードバックして、精捕捉追尾制御系を構成する。
このオフセット量発生器50の出力信号とフィードバッ
ク量との偏差は精捕捉追尾補償器38に入力され、精捕
捉追尾補償器38はPID制御などでこの偏差が0にな
るように精捕捉追尾機構10を駆動する。
At the time of communication, the output of the tracking sensor 15 is fed back so as to follow the output signal of the offset amount generator 50, thereby forming a precise capture and tracking control system.
The deviation between the output signal of the offset amount generator 50 and the feedback amount is input to the fine acquisition tracking compensator 38. Drive.

【0063】次にオフセット量発生器50の動作につい
て説明する。受光ファイバカプラ17の光位置検出機能
であるマルチモードファイバ41,42,43,44の
いずれかにより検出される信号と、受信光をシングルモ
ードフアイバ40に入射できるためのある設定した閾値
とを比較する。この閾値よりもマルチモードファイバ4
1,42,43,44のいずれかにより検出される信号
の方が大きい場合には、精捕捉追尾機構10の駆動角量
に換算したある一定のオフセット量を出力し、これをト
ラッキングセンサ15の出力に加え合わせる。そして設
定した閾値よりもマルチモードファイバ41,42,4
3,44のいずれかより検出される信号の方が小さくな
るまで、ある一定量のオフセットを加え合わせ続ける。
つまり、ある一定のオフセット量をsとすると、1サイ
クル目のオフセット量発生器50の出力はA(1)=s
で、2サイクル目のオフセット量発生器50の出力はA
(2)=s+s=2×Aとなり、nサイクル目のオフセ
ット量発生器50の出力はA(n)=s×nである。設
定した閾値よりもマルチモードファイバ41,42,4
3,44のいずれかにより検出される信号の方が小さく
なると、オフセット量発生器50は0を出力する。この
オフセット動作により、受信光を受信機26に導光する
ことができる。
Next, the operation of the offset amount generator 50 will be described. A signal detected by one of the multi-mode fibers 41, 42, 43, and 44, which is a light position detecting function of the light-receiving fiber coupler 17, is compared with a set threshold for allowing the received light to enter the single-mode fiber 40. I do. Multimode fiber 4 above this threshold
When the signal detected by any one of 1, 42, 43, and 44 is larger, a certain offset amount converted to the driving angle amount of the fine capture and tracking mechanism 10 is output, and this is output to the tracking sensor 15. Add to output. Then, the multimode fibers 41, 42, 4 are set to be smaller than the set threshold value.
Until the signal detected from one of the signals 3 and 44 becomes smaller, a certain fixed amount of offset is continuously added.
That is, assuming that a certain offset amount is s, the output of the offset amount generator 50 in the first cycle is A (1) = s
The output of the offset amount generator 50 in the second cycle is A
(2) = s + s = 2 × A, and the output of the offset amount generator 50 at the n-th cycle is A (n) = s × n. The multimode fibers 41, 42, 4 are larger than the set threshold.
When the signal detected by one of the signals 3 and 44 becomes smaller, the offset amount generator 50 outputs 0. By this offset operation, the received light can be guided to the receiver 26.

【0064】受光ファイバカプラ17のシングルモード
ファイバ40には受信光が入射されるが、光位置検出機
能用のマルチモードファイバ41,42,43,44の
全てに受信光が入射されない場合、つまり受信光スポッ
トが小さい場合においても、受信光はある強度分布を持
つため、受信光角度がわずかに振れても、受信光角度ず
れ量検出器23および受信機26内に具備されるフォト
ダイオートでその角度変化を検出し、受信光ビーム強度
バターンが複雑な場合においても、ある閾値で受信光ビ
ーム強度を2値化して受信機26に受信光を導光でき
る。
The received light is incident on the single mode fiber 40 of the light receiving fiber coupler 17, but the received light is not incident on all of the multimode fibers 41, 42, 43, and 44 for the optical position detection function, that is, the reception is performed. Even in the case where the light spot is small, the received light has a certain intensity distribution. Even when the angle change is detected and the received light beam intensity pattern is complicated, the received light beam intensity can be binarized at a certain threshold value to guide the received light to the receiver 26.

【0065】次に、通信時に外乱等により受信光が受光
ファイバカプラ17の視野からはずれると、受信光角度
ずれ判定器46は通信不可と判定し、スイッチ自動切り
替え器47により第3スイッチ49を通信モード側cか
ら追尾モード側bに切り替える。追尾時に戻り、トラッ
キングセンサ15のある設定した高精度指向角内に受信
光が入射される場合には、トラッキングセンサ角度判定
器45はスイッチ自動切り替え器47により第3スイッ
チ49を通信モード側cに切り替え戻すが、トラッキン
グセンサ15の視野から受信光がはずれる場合には、ト
ラッキングセンサ角度判定器45は第1スイッチ32お
よび第2スイッチ37を追尾モード側bから捕捉モード
側aに切り替える。
Next, when the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler 17 due to disturbance or the like during communication, the received light angle deviation judging unit 46 judges that communication is impossible, and the automatic switch 47 switches the third switch 49 to communicate. The mode c is switched to the tracking mode b. Returning to tracking, when the received light is incident within a set high-accuracy directivity angle of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determiner 45 sets the third switch 49 to the communication mode side c by the automatic switch 47. When the received light deviates from the field of view of the tracking sensor 15, the tracking sensor angle determination unit 45 switches the first switch 32 and the second switch 37 from the tracking mode side b to the capture mode side a.

【0066】以上のように実施の形態4によれば、捕捉
モード、追尾モードおよび通信モードを自動的に切り替
えるので、外乱等によりトラッキングセンサ15の視野
から受信光がはずれた場合においても、捕捉モードに移
行後早急に追尾モードに移行し、外乱等により受光ファ
イバカプラ17の視野から受信光がはずれて受信機26
に受信光を導光できない場合においても、追尾モードに
移行後早急に通信モードに移行するため、通信遮断時間
の短縮が図れる効果が得られる。また、オフセット量発
生器50を設けたことにより、通信時に受信光スポット
が小さく受光ファイバカプラ17の光位置検出機能部の
全てに入射できない場合においても、一定のオフセット
量を与えることにより受信機26に受信光を導光できる
ようにしたため、受信光ビーム強度パターンが複雑な場
合においても受信機26の機能を損なわないようにでき
る効果が得られる。
As described above, according to the fourth embodiment, the capture mode, the tracking mode, and the communication mode are automatically switched. Therefore, even if the received light deviates from the field of view of the tracking sensor 15 due to disturbance or the like, the capture mode is not changed. The mode immediately shifts to the tracking mode after the shift to, and the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler 17 due to disturbance or the like.
Even when the received light cannot be guided to the tracking mode, the mode immediately shifts to the communication mode after shifting to the tracking mode, so that the effect of shortening the communication cutoff time can be obtained. Further, by providing the offset amount generator 50, even when the received light spot is small and cannot enter all the optical position detection function units of the light receiving fiber coupler 17 during communication, the receiver 26 can be provided with a constant offset amount. As a result, the function of the receiver 26 can be prevented from being impaired even when the intensity pattern of the received light beam is complicated.

【0067】実施の形態5.図7はこの発明の実施の形
態5に係る光空間通信装置の概略構成を示す構成図であ
り、図1に相当する部分は同一の符号を付し、その説明
を省略する。図において、51は粗捕捉追尾機構5,6
が回転することにより生じた受信光の回転角を検出する
ための像回転検出器、53は内部光学系9を回転するた
めの回転機構、52は像回転検出器51からの検出出力
に応答して回転機構53を駆動制御する回転機構制御回
路である。
Embodiment 5 FIG. 7 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an optical space communication apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. In the figure, 51 is a coarse capturing and tracking mechanism 5, 6
Is an image rotation detector for detecting the rotation angle of the received light generated by the rotation of the optical system, 53 is a rotation mechanism for rotating the internal optical system 9, and 52 is a response to a detection output from the image rotation detector 51. And a rotation mechanism control circuit for controlling the rotation of the rotation mechanism 53.

【0068】次に動作について説明する。捕捉モード、
追尾モードあるいは通信モードにおいて、粗捕捉追尾機
構5,6は相手局からの送信光101を捕捉追尾するた
めに回転を行う。図1の場合では、このとき、粗捕捉追
尾機構5,6の回転に伴い内部光学系では、受信光が回
転するので、受信光を受ける各センサ上で座標変換を行
う必要がある。実施の形態5の構成では、この影響を回
転機構53によりキャンセルさせるようにしている。粗
捕捉追尾機構5,6が回転すると、像回転検出器51に
より内部光学系での像回転角を算出し対応量を示す出力
を取り出す。次に、算出された回転角に対応した出力を
受けて回転機構制御回路52は内部光学系9で発生した
像回転をキャンセルするように回転機構53に対する回
転角指令値を計算し制御出力を取り出す。回転機構制御
回路52からの制御出力により回転機構53を回転さ
せ、発生した像回転をキャンセルする。
Next, the operation will be described. Capture mode,
In the tracking mode or the communication mode, the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 rotate to capture and track the transmission light 101 from the partner station. In the case of FIG. 1, at this time, the received light rotates in the internal optical system in accordance with the rotation of the coarse capturing / tracking mechanisms 5 and 6, and therefore, it is necessary to perform coordinate conversion on each sensor that receives the received light. In the configuration of the fifth embodiment, the influence is canceled by the rotation mechanism 53. When the rough capturing and tracking mechanisms 5 and 6 rotate, the image rotation angle in the internal optical system is calculated by the image rotation detector 51, and an output indicating the corresponding amount is extracted. Next, upon receiving an output corresponding to the calculated rotation angle, the rotation mechanism control circuit 52 calculates a rotation angle command value for the rotation mechanism 53 so as to cancel the image rotation generated in the internal optical system 9 and takes out the control output. . The rotation mechanism 53 is rotated by the control output from the rotation mechanism control circuit 52 to cancel the generated image rotation.

【0069】以上のように実施の形態5によれば、捕捉
モード、追尾モード、通信モードにおいて粗捕捉追尾機
構5,6の回転による内部光学系9での受信光回転をキ
ャンセルすることができ、各センサ上で座標変換を行う
必要が無く、制御系構成を簡素化できる効果が得られ
る。
As described above, according to the fifth embodiment, the rotation of the received light in the internal optical system 9 due to the rotation of the coarse capturing and tracking mechanisms 5 and 6 can be canceled in the capturing mode, the tracking mode, and the communication mode. There is no need to perform coordinate conversion on each sensor, and the effect of simplifying the control system configuration is obtained.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、エレ
ベーション方向およびアジマス方向にジンバル駆動する
ことにより送受信望遠鏡の受光部を相手局に粗向して相
手局からの送信光を粗補足する粗捕捉追尾機構と、粗捕
捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジンバル駆
動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構と、粗捕捉
追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサと、精捕捉追尾機構のジンバル角を検出する
精捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相手局との相対角
度誤差を広い範囲で検出するポインティングセンサと、
ポインティングセンサが検出した相対角度誤差と粗捕捉
追尾機構ジンバル角センサが検出したジンバル角を加算
する加算器と、相手局との相対角度誤差をポインティン
グセンサよりも高精度かつ高周波数で検出するトラッキ
ングセンサと、軌道情報から相手局の自局に対する相対
角度を予測設定した軌道予測値と、捕捉時に精捕捉追尾
制御系を形成するための目標値として予め設定された捕
捉時指令値と、追尾時に精捕捉追尾制御系を形成するた
めの目標値として予め設定された追尾時指令値と、通信
時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値として予
め設定された通信時指令値と、受信光から超高精度の光
位置を検出する機能を持ち受信光を電気信号に復調する
受信機に光結合する受光ファイバカプラと、受光ファイ
バカプラ上の受信光の角度ずれ量を計算する受信光角度
ずれ量検出器と、精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検
出出力から追尾時および通信時に精捕捉追尾機構ジンバ
ル角が原点近傍に設定されるように粗捕捉追尾制御機構
を駆動するための制御目標値を得る精粗協調補償器と、
捕捉時に加算器の出力と軌道予測値と粗捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサの出力のフィードバック量とから粗捕捉
追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を算出し、追尾時
および通信時に精粗協調補償器からの制御目標値と軌道
予測値と粗捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィ
ードバック量とから粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角
の補正量を計算する粗捕捉追尾補償器と、捕捉時に捕捉
時指令値と精捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフ
ィードバック量とから精捕捉追尾機構のジンバル角の補
正量を計算し、追尾時に追尾時指令値とトラッキングセ
ンサの出力のフィードバック量とから精捕捉追尾機構へ
与えるジンバル角の補正量を計算し、通信時に通信時指
令値と受信光角度ずれ量検出器の出力のフィードバック
量とから精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を
計算する精捕捉追尾補償器と、捕捉時、追尾時および通
信時の各制御モードを設定する制御モード切り替え手段
とを備えるように構成したので、受光部を相手局に対し
て高速で広範囲かつ高精度に捕捉追尾することができる
効果がある。また、ポインティングセンサ、トラッキン
グセンサおよび受光ファイバカプラの取り付け誤差を粗
捕捉追尾機構および捕捉追尾機構の制御により打ち消す
ことができるため、粗捕捉追尾制御系と精捕捉追尾制御
系の干渉を起こすことなく捕捉モードから追尾モードヘ
円滑に移行しかつ追尾を確実に持続することができる効
果がある。さらに、追尾モードにより相手局からの受信
光を高精度に指向制御した後、追尾モードから通信モー
ドに移行して、超高精度の光位置検出機能を持った受光
ファイバカプラを用いて更に高精度に指向制御すること
により受信機に受信光を導光するようにしたので、受信
光が微弱であっても通信を可能とする効果がある。ま
た、受光ファイバカプラを用いて受信機に受信光を光結
合するようにしたので、受信機の設置場所に自由度を与
えることができ、さらに加えて、メカニズムとして粗捕
捉追尾制御機構と精捕捉追尾制御機構だけの構成で捕捉
追尾を行えるようにしたので、光空間通信装置全体とし
て小型・軽量化の効果がある。
As described above, according to the present invention, the light receiving section of the transmission / reception telescope is roughly directed to the partner station by gimbal driving in the elevation direction and azimuth direction to roughly supplement the transmission light from the partner station. A coarse capture and tracking mechanism, a fine capture and tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capture and tracking mechanism by biaxial gimbal driving, and a coarse capture and tracking mechanism gimbal that detects the gimbal angle of the coarse capture and tracking mechanism An angle sensor, a precise capture and tracking mechanism gimbal angle sensor that detects the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism, a pointing sensor that detects a relative angle error with the partner station in a wide range,
An adder that adds the relative angle error detected by the pointing sensor and the gimbal angle detected by the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, and a tracking sensor that detects the relative angle error with the partner station with higher accuracy and higher frequency than the pointing sensor A trajectory prediction value that predicts and sets the relative angle of the partner station to its own station from the trajectory information, a capture command value that is set in advance as a target value for forming a precise capture tracking control system at the time of capture, and a precision command during tracking. A tracking command value preset as a target value for forming the acquisition tracking control system, a communication command value preset as a target value for forming the precise acquisition tracking control system during communication, and A light receiving fiber coupler that has the function of detecting the light position with ultra-high accuracy and optically couples to a receiver that demodulates the received light into an electric signal, and reception on the light receiving fiber coupler Received light angle deviation detector that calculates the amount of angular deviation of the target, and coarse capture and tracking so that the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism is set near the origin during tracking and communication based on the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor A fine and coarse cooperative compensator for obtaining a control target value for driving the control mechanism;
Calculates the gimbal angle correction amount given to the coarse capture tracking mechanism from the output of the adder, the predicted trajectory value, and the feedback amount of the output of the coarse capture tracking mechanism gimbal angle sensor during capturing. A coarse capture and tracking compensator that calculates the amount of gimbal angle correction to be applied to the coarse capture and tracking mechanism from the control target value, trajectory prediction value, and feedback amount of the output of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor, The gimbal angle correction amount of the precise capture and tracking mechanism is calculated from the value and the feedback amount of the output of the gimbal angle sensor, and the precise capture and tracking mechanism is used based on the tracking command value and the feedback amount of the output of the tracking sensor during tracking. The amount of gimbal angle correction to be applied to the sensor is calculated, and during communication, the precise acquisition tracking is performed based on the communication command value and the feedback amount of the output of the received light angle deviation detector. A precise capture and tracking compensator that calculates the amount of gimbal angle correction given to the mechanism and control mode switching means for setting each control mode during capture, tracking, and communication. There is an effect that a station can be acquired and tracked at high speed over a wide range and with high accuracy. In addition, since the mounting errors of the pointing sensor, tracking sensor, and light receiving fiber coupler can be canceled out by controlling the coarse capturing and tracking mechanism and the capturing and tracking mechanism, capturing without causing interference between the coarse capturing and tracking control system and the fine capturing and tracking control system. There is an effect that the mode is smoothly shifted from the mode to the tracking mode and the tracking can be reliably maintained. Furthermore, after controlling the direction of the received light from the partner station with high accuracy in the tracking mode, the mode shifts from the tracking mode to the communication mode, and the light receiving fiber coupler with an ultra-high-precision optical position detection function is used to achieve higher accuracy. Since the received light is guided to the receiver by performing directivity control, the communication can be performed even if the received light is weak. In addition, since the received light is optically coupled to the receiver using a light-receiving fiber coupler, the degree of freedom can be given to the installation location of the receiver. In addition, the coarse capture and tracking control mechanism and the fine capture Since the acquisition and tracking can be performed only by the configuration of the tracking control mechanism, there is an effect of reducing the size and weight of the entire optical space communication apparatus.

【0071】この発明によれば、エレベーション方向お
よびアジマス方向にジンバル駆動することにより送受信
望遠鏡の受光部を相手局に粗向して相手局からの送信光
を粗補足する粗捕捉追尾機構と、粗捕捉追尾機構により
粗捕捉された受信光を2軸ジンバル駆動することにより
精捕捉する精捕捉追尾機構と、粗捕捉追尾機構のジンバ
ル角を検出する粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、精
捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサと、相手局との相対角度誤差を広い範囲
で検出するポインティングセンサと、ポインティングセ
ンサが検出した相対角度誤差と粗捕捉追尾機構ジンバル
角センサが検出したジンバル角を加算する加算器と、相
手局との相対角度誤差をポインティングセンサよりも高
精度かつ高周波数で検出するトラッキングセンサと、軌
道情報から相手局の自局に対する相対角度を予測設定し
た軌道予測値と、捕捉時に精捕捉追尾制御系を形成する
ための目標値として予め設定された捕捉時指令値と、追
尾時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値として
予め設定された追尾時指令値と、受信光から超高精度の
光位置を検出する機能を持ち受信光を電気信号に復調す
る受信機に光結合する受光ファイバカプラと、受光ファ
イバカプラ上の受信の光角度ずれ量を計算する受信光角
度ずれ量検出器と、受信光角度ずれ量検出器の出力から
通信時の精捕捉追尾制御系に与えるオフセット量を算出
する受信光オフセット算出器と、精捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサの検出出力から追尾時および通信時に精捕捉
追尾機構ジンバル角が原点近傍に設定されるように粗捕
捉追尾制御機構を駆動するための制御目標値を得る精粗
協調補償器と、捕捉時に加算器の出力と軌道予測値と粗
捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック
量とから粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を
算出し、追尾時および通信時に精粗協調補償器からの制
御目標値と軌道予測値と粗捕捉追尾機構ジンバル角セン
サの出力のフィードバック量とから粗捕捉追尾機構へ与
えるジンバル角の補正量を計算する粗捕捉追尾補償器
と、捕捉時に捕捉時指令値と精捕捉追尾機構ジンバル角
センサの出力のフィードバック量とから精捕捉追尾機構
へ与えるジンバル角の補正量を計算し、追尾時に追尾時
指令値とトラッキングセンサの出力のフィードバック量
とから精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計
算し、通信時に受信光オフセット算出器の出力オフセッ
ト量とトラッキングセンサの出力のフィードバック量と
から精捕捉追尾機構のジンバル角へ与える補正量を計算
する精捕捉追尾補償器と、捕捉時、追尾時および通信時
の各制御モードを設定する制御モード切り替え手段とを
備えるように構成したので、受光部を相手局に対して高
速で広範囲かつ高精度に捕捉追尾することができる効果
がある。また、ポインティングセンサ、トラッキングセ
ンサおよび受光ファイバカプラの取り付け誤差を粗捕捉
追尾機構および捕捉追尾機構の制御により打ち消すこと
ができるため、粗捕捉追尾制御系と精捕捉追尾制御系の
干渉を起こすことなく捕捉モードから追尾モードヘ円滑
に移行しかつ追尾を確実に持続することができる効果が
ある。さらに、追尾モードにより相手局からの受信光を
高精度に指向制御した後、追尾モードから通信モードに
移行して、超高精度の光位置検出機能を持った受光ファ
イバカプラを用いて更に高精度に指向制御することによ
り受信機に受信光を導光するようにしたので、受信光が
微弱であっても通信を可能とし、受光ファイバカプラ上
の受信光が光位置の検出機能部全体に入射できない場合
においても受信機に受信光を導光できる効果がある。ま
た、受光ファイバカプラを用いて受信機に受信光を光結
合するようにしたので、受信機の設置場所に自由度を与
えることができ、さらに加えて、メカニズムとして粗捕
捉追尾制御機構と精捕捉追尾制御機構だけの構成で捕捉
追尾を行えるようにしたので、光空間通信装置全体とし
て小型・軽量化の効果がある。
According to the present invention, a coarse capturing and tracking mechanism for gimbal driving in the elevation direction and the azimuth direction to roughly direct the light receiving section of the transmission / reception telescope toward the partner station to roughly capture the transmission light from the partner station, A fine capture tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capture tracking mechanism by biaxial gimbal driving, a coarse capture tracking mechanism gimbal angle sensor that detects the gimbal angle of the coarse capture tracking mechanism, and a fine capture tracking A precision capture and tracking mechanism gimbal angle sensor that detects the gimbal angle of the mechanism, a pointing sensor that detects the relative angle error with the partner station in a wide range, and a relative angle error and a coarse capture and tracking mechanism that are detected by the pointing sensor An adder that adds the detected gimbal angle, and a relative angle error with the partner station that is higher in accuracy and frequency than the pointing sensor A tracking sensor to detect, a trajectory predicted value that predicts and sets the relative angle of the partner station to its own station from the trajectory information, and a capture command value that is set in advance as a target value for forming a precise capture tracking control system at the time of capture. , A tracking command value that is set in advance as a target value for forming a precise capture and tracking control system during tracking, and a reception that demodulates received light into an electric signal with a function of detecting an ultra-high-precision light position from received light. Optical fiber coupler that optically couples to the device, Received optical angle deviation detector that calculates the amount of optical angle deviation for reception on the optical fiber coupler, and precise tracking control during communication from the output of the received optical angle deviation detector The receiver optical offset calculator that calculates the amount of offset given to the system, and the precise capture and tracking mechanism gimbal angle is set near the origin during tracking and communication based on the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. A coarse and coarse cooperative compensator that obtains a control target value for driving the coarse capture and tracking control mechanism so that the output of the adder, the trajectory prediction value, and the feedback amount of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor output during capture Calculates the amount of gimbal angle correction to be given to the coarse tracking and tracking mechanism from the control target value and trajectory predicted value from the coarse and coarse cooperative compensator during tracking and communication, and the feedback amount of the output from the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor. A coarse capture tracking compensator that calculates the amount of gimbal angle correction given to the coarse capture tracking mechanism, and a gimbal angle given to the fine capture tracking mechanism from the command value during capture and the feedback amount of the output of the fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor during capture Calculate the amount of gimbal angle correction given to the precise capture tracking mechanism from the tracking command value and the feedback amount of the output of the tracking sensor during tracking. A precise capture and tracking compensator that calculates a correction amount to be applied to the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism from the output offset amount of the received light offset calculator and the feedback amount of the output of the tracking sensor during communication; Since the control mode switching means for setting each control mode at the time of communication is provided, there is an effect that the light receiving section can be captured and tracked with respect to the partner station at high speed over a wide range and with high accuracy. In addition, since the mounting errors of the pointing sensor, tracking sensor, and light receiving fiber coupler can be canceled out by controlling the coarse capturing and tracking mechanism and the capturing and tracking mechanism, capturing without causing interference between the coarse capturing and tracking control system and the fine capturing and tracking control system. There is an effect that the mode is smoothly shifted from the mode to the tracking mode and the tracking can be reliably maintained. Furthermore, after controlling the direction of the received light from the partner station with high accuracy in the tracking mode, the mode shifts from the tracking mode to the communication mode, and the light receiving fiber coupler with an ultra-high-precision optical position detection function is used to achieve higher accuracy. Since the received light is guided to the receiver by directing control to the receiver, communication is possible even if the received light is weak, and the received light on the light receiving fiber coupler is incident on the entire optical position detection function part Even in the case where it is impossible, there is an effect that the received light can be guided to the receiver. In addition, since the received light is optically coupled to the receiver using a light-receiving fiber coupler, the degree of freedom can be given to the installation location of the receiver. In addition, the coarse capture and tracking control mechanism and the fine capture Since the acquisition and tracking can be performed only by the configuration of the tracking control mechanism, there is an effect of reducing the size and weight of the entire optical space communication apparatus.

【0072】この発明によれば、受信光オフセット算出
器の代わりに、通信時に受信光角度ずれ量検出器の出力
が閾値に対して大きい場合に一定のオフセット量を取り
出すオフセット量発生器を備え、精捕捉追尾補償器が、
通信時にトラッキングセンサの出力のフィードバック量
と一定のオフセット量とから精捕捉追尾機構へ与えるジ
ンバル角の補正量を計算するように構成したので、受光
部を相手局に対して高速で広範囲かつ高精度に捕捉追尾
することができる効果がある。また、ポインティングセ
ンサ、トラッキングセンサおよび受光ファイバカプラの
取り付け誤差を粗捕捉追尾機構および捕捉追尾機構の制
御により打ち消すことができるため、粗捕捉追尾制御系
と精捕捉追尾制御系の干渉を起こすことなく捕捉モード
から追尾モードヘ円滑に移行しかつ追尾を確実に持続す
ることができる効果がある。さらに、追尾モードにより
相手局からの受信光を高精度に指向制御した後、追尾モ
ードから通信モードに移行して、超高精度の光位置検出
機能を持った受光ファイバカプラを用いて更に高精度に
指向制御することにより受信機に受信光を導光するよう
にしたので、受信光が微弱であっても通信を可能とし、
受光ファイバカプラ上の受信光スポットが小さく光位置
検出機能部全体に入射できない場合においても一定のオ
フセット量を与えることにより受信機に受信光を導光で
き、受信光ビーム強度パターンが複雑な場合においても
受信機の機能を損なわないようにできる効果がある。ま
た、受光ファイバカプラを用いて受信機に受信光を光結
合するようにしたので、受信機の設置場所に自由度を与
えることができ、さらに加えて、メカニズムとして粗捕
捉追尾制御機構と精捕捉追尾制御機構だけの構成で捕捉
追尾を行えるようにしたので、光空間通信装置全体とし
て小型・軽量化の効果がある。
According to the present invention, instead of the received light offset calculator, there is provided an offset amount generator for taking out a fixed offset amount when the output of the received light angle deviation amount detector is larger than the threshold during communication, The precise capture and tracking compensator
Since the gimbal angle correction amount given to the precise acquisition tracking mechanism is calculated from the feedback amount of the output of the tracking sensor and a fixed offset amount during communication, the light receiving unit can be moved at high speed and with high accuracy to the partner station. Has the effect of being able to capture and track. In addition, since the mounting errors of the pointing sensor, tracking sensor, and light receiving fiber coupler can be canceled out by controlling the coarse capturing and tracking mechanism and the capturing and tracking mechanism, capturing without causing interference between the coarse capturing and tracking control system and the fine capturing and tracking control system. There is an effect that the mode is smoothly shifted from the mode to the tracking mode and the tracking can be reliably maintained. Furthermore, after controlling the direction of the received light from the partner station with high accuracy in the tracking mode, the mode shifts from the tracking mode to the communication mode, and the light receiving fiber coupler with an ultra-high-precision optical position detection function is used to achieve higher accuracy. Since the receiving light is guided to the receiver by controlling the pointing direction, it is possible to communicate even if the receiving light is weak,
Even if the received light spot on the receiving fiber coupler is too small to enter the entire optical position detection function unit, it is possible to guide the received light to the receiver by giving a fixed offset amount, and when the received light beam intensity pattern is complicated. This also has the effect of not impairing the function of the receiver. In addition, since the received light is optically coupled to the receiver using a light-receiving fiber coupler, the degree of freedom can be given to the installation location of the receiver. In addition, the coarse capture and tracking control mechanism and the fine capture Since the acquisition and tracking can be performed only by the configuration of the tracking control mechanism, there is an effect of reducing the size and weight of the entire optical space communication apparatus.

【0073】この発明によれば、制御モード切り替え手
段が、トラッキングセンサの検出出力から入射光角度を
判定し、受信光角度ずれ量検出器の出力から受光ファイ
バカプラ上の受信光の角度ずれを判定することにより捕
捉時、追尾時および通信時の各制御モードを切り替え設
定するように構成したので、捕捉モ一ド、追尾モードお
よび通信モードを自動的に切り替えることができ、外乱
等によりトラッキングセンサ視野から受信光がはずれた
場合においても、捕捉モードに移行後早急に追尾モード
に移行でき、外乱等により受光ファイバカプラ視野から
受信光がはずれて受信機に受信光を導光できない場合に
おいても、追尾モードに移行後早急に通信モードに復帰
移行でき、通信遮断時間を短縮できる効果がある。
According to this invention, the control mode switching means determines the incident light angle from the detection output of the tracking sensor, and determines the angle deviation of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle deviation detector. The control mode is set to switch between the capture mode, the tracking mode, and the communication mode, thereby automatically switching between the capture mode, the tracking mode, and the communication mode. Even if the received light deviates from, the tracking mode can be shifted to the tracking mode immediately after the shift to the capture mode. It is possible to return to the communication mode immediately after switching to the mode, and there is an effect that the communication cutoff time can be reduced.

【0074】この発明によれば、制御モード切り替え手
段が、粗捕捉追尾制御系の通信時と追尾時の制御モード
を切り替え設定する第1スイッチと、精捕捉追尾制御系
の捕捉時、追尾時および通信時の制御モードを切り替え
設定する第2スイッチと、トラッキングセンサの検出出
力から入射光角度を判定して第1スイッチを通信時およ
び追尾時のいずれかの制御モードに設定するトラッキン
グセンサ角度判定器と、受信光角度ずれ量検出器の出力
から受光ファイバカプラ上の受信光の角度ずれを判定し
追尾時と通信時を決める判定出力を取り出す受信光角度
ずれ量判定器と、トラッキングセンサ角度判定器と受信
光角度ずれ量判定器の両出力に応答して第2スイッチを
捕捉時、追尾時および通信時のいずれかの制御モードに
設定するスイッチ自動切り替え器とを有するように構成
したので、捕捉モ一ド、追尾モードおよび通信モードを
自動的に切り替えることができ、外乱等によりトラッキ
ングセンサ視野から受信光がはずれた場合においても、
捕捉モードに移行後早急に追尾モードに移行でき、外乱
等により受光ファイバカプラ視野から受信光がはずれて
受信機に受信光を導光できない場合においても、追尾モ
ードに移行後早急に通信モードに復帰移行でき、通信遮
断時間を短縮できる効果がある。
According to the present invention, the control mode switching means includes the first switch for switching and setting the control mode between the communication and the tracking of the coarse capture and tracking control system, and the control and control of the fine capture and tracking control system. A second switch for switching and setting a control mode during communication, and a tracking sensor angle determiner for determining an incident light angle from a detection output of the tracking sensor and setting the first switch to one of a communication mode and a tracking control mode A received light angle deviation amount determiner that determines the angular deviation of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle deviation amount detector and obtains a determination output that determines when to track and when to communicate, and a tracking sensor angle determiner Switch for setting the second switch to one of the control modes during capture, tracking, and communication in response to both outputs of the controller and the received light angle deviation amount determiner Since it is configured to have a dynamic switch, the capture mode one de, tracking mode and the communication mode can be automatically switched to, even when the received light deviates from the tracking sensor field of view due to a disturbance or the like,
The mode can be shifted to the tracking mode immediately after shifting to the capture mode. Even if the received light deviates from the field of view of the light receiving fiber coupler due to disturbances and the received light cannot be guided to the receiver, it immediately returns to the communication mode after shifting to the tracking mode. There is an effect that the transfer can be performed and the communication cutoff time can be reduced.

【0075】この発明によれば、ポインティングセンサ
が2次元CCDで構成され、トラッキングセンサが4象
限検出器で構成され、受光ファイバカプラが受信機に受
信光を光結合するシングルモードファイバとこのシング
ルモードファイバを中心にその周囲に配置され受信光の
位置検出をするためのマルチモードファイバで構成され
るようにしたので、捕捉時、追尾時および通信時の各制
御モードの機能に従った精度の受信光検出を行うことが
でき、捕捉追尾機構の制御を十分維持する効果がある。
According to the present invention, the pointing sensor is composed of a two-dimensional CCD, the tracking sensor is composed of a four-quadrant detector, and the light receiving fiber coupler is a single mode fiber for optically coupling the received light to the receiver. A multi-mode fiber is installed around the fiber and used to detect the position of the received light.Accurate reception according to the functions of each control mode during capture, tracking, and communication Light detection can be performed, and there is an effect that control of the capturing and tracking mechanism is sufficiently maintained.

【0076】この発明によれば、エレベーション方向お
よびアジマス方向にジンバル駆動することにより送受信
望遠鏡の受光部を相手局に粗向して相手局からの送信光
を粗補足する粗捕捉追尾機構と、粗捕捉追尾機構により
粗捕捉された受信光を2軸ジンバル駆動することにより
精捕捉する精捕捉追尾機構と、粗捕捉追尾機構のジンバ
ル角を検出する粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、精
捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサと、相手局との相対角度誤差を広い範囲
で検出するポインティングセンサと、ポインティングセ
ンサが検出した相対角度誤差と粗捕捉追尾機構ジンバル
角センサが検出したジンバル角を加算する加算器と、軌
道情報から相手局の自局に対する相対角度を予測設定し
た軌道予測値と、捕捉時に精捕捉追尾制御系形成するた
めの目標値として予め設定された捕捉時指令値と、通信
時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値として予
め設定された通信時指令値と、受信光から超高精度の光
位置を検出する機能を持ち受信光を電気信号に復調する
受信機に光結合する受光ファイバカプラと、受光ファイ
バカプラ上の受信光の角度ずれ量を計算する受信光角度
ずれ量検出器と、精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検
出出力から追尾時および通信時に精捕捉追尾機構ジンバ
ル角が原点近傍に設定されるように粗捕捉追尾制御機構
を駆動するための制御目標値を得る精粗協調補償器と、
捕捉時に加算器の出力と軌道予測値と粗捕捉追尾機構ジ
ンバル角センサの出力のフィードバック量とから粗捕捉
追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を算出し、通信時
に精粗協調補償器からの制御目標値と軌道予測値と粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック量
とから粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計
算する粗捕捉追尾補償器と、捕捉時に捕捉時指令値と精
捕捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック
量とから精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を
計算し、通信時に通信時指令値と受信光角度ずれ量検出
器の出力のフィードバック量とから精捕捉追尾機構へ与
えるジンバル角の補正量を計算する精捕捉追尾補償器
と、捕捉時および通信時の制御モードを設定する制御モ
ード切り替え手段とを備えるように構成したので、ポイ
ンティングセンサ、受光ファイバカプラ等の光学系設置
誤差が無視でき、しかもポインティングセンサが高精度
で角度検出できるものを使用した場合において適用で
き、捕捉モードからいきなり通信モードヘの移行が可能
となり、この2種類の制御モードで光空間通信装置の捕
捉制御を行えるため、装置構成を一層簡略化できる効果
がある。
According to the present invention, a coarse capturing and tracking mechanism for gimbal driving in the elevation direction and azimuth direction to roughly direct the light receiving unit of the transmission / reception telescope toward the partner station to roughly capture the transmission light from the partner station, A fine capture tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the coarse capture tracking mechanism by biaxial gimbal driving, a coarse capture tracking mechanism gimbal angle sensor that detects the gimbal angle of the coarse capture tracking mechanism, and a fine capture tracking A precision capture and tracking mechanism gimbal angle sensor that detects the gimbal angle of the mechanism, a pointing sensor that detects the relative angle error with the partner station in a wide range, and a relative angle error and a coarse capture and tracking mechanism that are detected by the pointing sensor An adder that adds the detected gimbal angle, and an orbit prediction value that predicts and sets a relative angle of the partner station with respect to the own station from the orbit information, A capture command value preset as a target value for forming a fine capture tracking control system at the time of capture, a communication command value preset as a target value for forming a fine capture tracking control system at the time of communication, A light-receiving fiber coupler that has the function of detecting the position of light with ultra-high accuracy from light and optically couples to a receiver that demodulates the received light into an electric signal, and a received light angle that calculates the amount of angular deviation of the received light on the light-receiving fiber coupler Control target value for driving the coarse capture and tracking control mechanism so that the gimbal angle of the fine capture and tracking mechanism is set near the origin during tracking and communication based on the deviation amount detector and the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor And a coarse / coordinated compensator to obtain
The amount of gimbal angle correction to be applied to the coarse tracking and tracking mechanism is calculated from the output of the adder, the predicted trajectory value, and the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor during capturing, and control from the fine and coarse cooperative compensator during communication. A coarse capture and tracking compensator that calculates the amount of gimbal angle correction to be applied to the coarse capture and tracking mechanism from the target value, predicted trajectory value, and the feedback amount of the output of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. The amount of gimbal angle correction given to the precise tracking mechanism is calculated from the feedback amount of the output of the capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, and the accuracy is calculated from the communication command value and the feedback amount of the output of the received light angle deviation detector during communication. A precise capture and tracking compensator that calculates a correction amount of the gimbal angle given to the capture and tracking mechanism; and a control mode switching unit that sets a control mode during capture and during communication. Since it is configured so that it can be used, the installation error of the optical system such as the pointing sensor and the light receiving fiber coupler can be ignored, and it can be applied when the pointing sensor that can detect the angle with high accuracy is used. Since the capture control of the optical space communication device can be performed in these two types of control modes, there is an effect that the device configuration can be further simplified.

【0077】この発明によれば、制御モード切り替え手
段が、トラッキングセンサの検出出力から入射光角度を
判定し、受信光角度ずれ量検出器の出力から受光ファイ
バカプラ上の受信光の角度ずれを判定することにより捕
捉時および通信時の制御モードを切り替え設定するよう
に構成したので、捕捉モ一ドおよび通信モードを自動的
に切り替えることができ、外乱等によりトラッキングセ
ンサ視野から受信光がはずれた場合においても、捕捉モ
ードに移行後早急に通信モードに移行でき、外乱等によ
り受光ファイバカプラ視野から受信光がはずれて受信機
に受信光を導光できない場合においても、捕捉モードに
移行後早急に通信モードに復帰移行でき、通信遮断時間
を短縮できる効果がある。
According to the present invention, the control mode switching means determines the incident light angle from the detection output of the tracking sensor, and determines the angle deviation of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle deviation detector. The control mode is set to switch between the capture mode and the communication mode by changing the mode. In this case, the communication mode can be immediately shifted to the capture mode after the shift to the capture mode. The mode can be returned to the mode, and there is an effect that the communication cutoff time can be reduced.

【0078】この発明によれば、ポインティングセンサ
が非受光時で検出出力を得られないときに、加算器が事
前の受光時の出力値をそのままに保持するように構成し
たので、仮に相手局の動きが速く、粗捕捉追尾制御系で
追尾または通信モードに必要なところまで誤差を低減で
きずに相手局の追尾に入れなかった場合でも、粗捕捉追
尾機構が次に相手局を捕捉するまでの間に送受望遠鏡を
相手局の方向に向けておくことができ、ポインティング
センサの次の受光時には初期誤差が少なくなって確実に
追尾または通信モードに入れる効果がある。
According to the present invention, when the pointing sensor cannot obtain a detection output when no light is received, the adder is configured to hold the output value at the time of the previous light reception as it is. Even if the movement is fast and the error cannot be reduced to the level required for tracking or communication mode in the coarse capture tracking control system and it can not enter the partner station's tracking, the coarse capture tracking mechanism will not In the meantime, the transmission / reception telescope can be directed toward the partner station, so that the next time light is received by the pointing sensor, the initial error is reduced and the tracking or communication mode can be surely entered.

【0079】この発明によれば、粗捕捉追尾機構が回転
することにより内部光学系で生じた受信光の回転角を検
出する像回転検出器と、内部光学系を回転する回転機構
と、像回転検出器の検出出力に応答して内部光学系で生
じた像回転をキャンセルするように回転機構を駆動制御
する回転機構制御回路とを有るように構成したので、捕
捉モード、追尾モードおよび通信モードにおいて粗捕捉
追尾機構の回転による内部光学系での受信光回転をキャ
ンセルすることができ、各センサ上で座標変換を行う必
要が無く、制御系構成を簡素化できる効果がある。
According to the present invention, the image rotation detector for detecting the rotation angle of the received light generated in the internal optical system by the rotation of the coarse capturing and tracking mechanism, the rotation mechanism for rotating the internal optical system, and the image rotation A rotation mechanism control circuit that drives and controls the rotation mechanism so as to cancel the image rotation generated in the internal optical system in response to the detection output of the detector, so that in the capture mode, the tracking mode, and the communication mode, The rotation of the received light in the internal optical system due to the rotation of the coarse capturing and tracking mechanism can be canceled, and there is no need to perform coordinate conversion on each sensor, which has the effect of simplifying the control system configuration.

【0080】この発明によれば、ジンバル駆動する粗捕
捉追尾機構により受光部を相手局に粗向すると共にジン
バル駆動する精捕捉追尾機構により受光部を相手局に高
精度に向けるように制御する光空間通信装置において、
粗捕捉追尾機構が回転することにより内部光学系で生じ
た受信光の回転角を検出する像回転検出器と、内部光学
系を回転する回転機構と、像回転検出器の検出出力に応
答して内部光学系で生じた像回転をキャンセルするよう
に回転機構を駆動制御する回転機構制御回路とを備える
ように構成したので、捕捉モード、追尾モードおよび通
信モードにおいて粗捕捉追尾機構の回転による内部光学
系での受信光回転をキャンセルすることができ、各セン
サ上で座標変換を行う必要が無く、制御系構成を簡素化
できる効果がある。
According to the present invention, the light for controlling the light receiving section to be roughly directed to the partner station by the gimbal driven coarse capturing and tracking mechanism and for controlling the light receiving section to be directed to the partner station with high precision by the gimbal driven fine capturing and tracking mechanism. In a spatial communication device,
An image rotation detector that detects the rotation angle of the received light generated in the internal optical system by the rotation of the coarse capturing and tracking mechanism, a rotation mechanism that rotates the internal optical system, and in response to the detection output of the image rotation detector A rotation mechanism control circuit that drives and controls the rotation mechanism so as to cancel the image rotation generated by the internal optical system. The rotation of the received light in the system can be canceled, and there is no need to perform coordinate conversion on each sensor, which has the effect of simplifying the control system configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1に係る光空間通信装
置の概略を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a free-space optical communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1に係る光空間通信装
置の信号処理行程を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a signal processing step of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1に係る受光ファイバ
カプラの構成例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a light receiving fiber coupler according to Embodiment 1 of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態2に係る光空間通信装
置の信号処理行程を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing step of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態3に係る光空間通信装
置の信号処理行程を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing step of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態4に係る光空間通信装
置の信号処理行程を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a signal processing step of the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態5に係る光空間通信装
置の概略を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a free-space optical communication apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.

【図8】 従来の光通信装置の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional optical communication device.

【図9】 従来の光通信装置の他の例を示す構成図であ
る。
FIG. 9 is a configuration diagram showing another example of a conventional optical communication device.

【符号の説明】 1 副鏡、2 主鏡、3 3次鏡、4 4次鏡、5,6
粗捕捉追尾機構、7架台、8 支柱、9 内部光学
系、10 精捕捉追尾機構、11,14 ビームスプリ
ッタ、12 ポインティングセンサ、13 ダイクロイ
ックミラー、15 トラッキングセンサ、16、19
反射鏡、17 受光ファイバカプラ、18 光行差補正
機構、20 送信機、21 設置面、22 粗捕捉追尾
機構制御回路、23 受信光角度ずれ量検出器、24
精捕捉追尾機構制御回路、25光ファイバ、26 受信
機、27 加算器、28 粗捕捉追尾補償器、29 サ
ンプラ、30 粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ、31
軌道予測値、32 第1スイッチ、33 精粗協調補
償器、34 捕捉時指令値、35 追尾時指令値、36
精捕捉追尾機構ジンバル角センサ、37 第2スイッ
チ、38 精捕捉追尾補償器、39 通信時指令値、4
0 シングルモードファイバ、41,42,43,44
マルチモードファイバ、45 トラッキングセンサ角
度判定器、46 受信光角度ずれ量判定器、47 スイ
ッチ自動切り替え器、48 受信光オフセット算出器、
49 第3スイッチ、50 オフセット量発生器、51
像回転検出器、52 回転機構制御回路、53 回転
機構、101 送信光、102 送受信望遠鏡、103
受光部、110 光アンテナ、111 指向調整機
構、112 コリメータレンズ、113 ビームスプリ
ッタ、114 集光レンズ、115 光検出部、116
光アンテナ指向制御部、117 光軸調整用反射鏡、
118 結像レンズ、119 ビームスプリッタ、12
0 角度調整機構、121 ビームスプリッタ、122
光検出部、123 反射鏡角度制御部、124 透過
レンズ、125 ビームスプリッタ、126 光軸調整
機構部、127 光軸制御部、128 光検出部、12
9 光ファイバケーブル、130光信号処理部、131
送信部、132 反射鏡、133 レンズ、201
主反射鏡、202 副反射鏡、203 指示部材、30
1〜304 受光部、305〜308 光ファイバ、3
09〜312 光増幅器、313〜316 フォトダイ
オード、317 演算処理部。
[Description of Signs] 1 secondary mirror, 2 primary mirror, 3rd mirror, 4th mirror, 5, 6
Rough capture and tracking mechanism, 7 frames, 8 columns, 9 internal optical system, 10 fine capture and tracking mechanism, 11, 14 beam splitter, 12 pointing sensor, 13 dichroic mirror, 15 tracking sensor, 16, 19
Reflection mirror, 17 receiving fiber coupler, 18 optical line difference correcting mechanism, 20 transmitter, 21 installation surface, 22 coarse capturing and tracking mechanism control circuit, 23 received light angle deviation detector, 24
Fine capture tracking mechanism control circuit, 25 optical fiber, 26 receiver, 27 adder, 28 coarse capture tracking compensator, 29 sampler, 30 coarse capture tracking mechanism gimbal angle sensor, 31
Orbit predicted value, 32 1st switch, 33 fine / coarse coordinator, 34 capture command value, 35 tracking command value, 36
Fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor, 37 second switch, 38 fine capture tracking compensator, 39 communication command value, 4
0 Single mode fiber, 41, 42, 43, 44
Multi-mode fiber, 45 tracking sensor angle judgment device, 46 reception light angle deviation amount judgment device, 47 automatic switch switch, 48 reception light offset calculator,
49 third switch, 50 offset amount generator, 51
Image rotation detector, 52 rotation mechanism control circuit, 53 rotation mechanism, 101 transmission light, 102 transmission / reception telescope, 103
Light receiving unit, 110 Optical antenna, 111 Direction adjustment mechanism, 112 Collimator lens, 113 Beam splitter, 114 Condensing lens, 115 Light detector, 116
Optical antenna pointing controller, 117 optical axis adjusting reflector,
118 imaging lens, 119 beam splitter, 12
0 angle adjustment mechanism, 121 beam splitter, 122
Light detection unit, 123 Reflector mirror angle control unit, 124 Transmission lens, 125 Beam splitter, 126 Optical axis adjustment mechanism unit, 127 Optical axis control unit, 128 Light detection unit, 12
9 optical fiber cable, 130 optical signal processing unit, 131
Transmitting unit, 132 reflecting mirror, 133 lens, 201
Main reflecting mirror, 202 Sub-reflecting mirror, 203 Pointing member, 30
1-304 light receiving section, 305-308 optical fiber, 3
09 to 312 Optical amplifier, 313 to 316 Photodiode, 317 Operation processing unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出来 一秀 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 柏瀬 俊夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5K002 AA03 FA03 FA04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhide Kodachi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Within Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Toshio Kashise 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. Mitsubishi Electric Corporation F-term (reference) 5K002 AA03 FA03 FA04

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エレベーション方向およびアジマス方向
にジンバル駆動することにより送受信望遠鏡の受光部を
相手局に粗向して前記相手局からの送信光を粗補足する
粗捕捉追尾機構と、 前記粗捕捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジ
ンバル駆動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構
と、 前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 前記精捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 相手局との相対角度誤差を広い範囲で検出するポインテ
ィングセンサと、 前記ポインティングセンサが検出した相対角度誤差と前
記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサが検出したジンバル
角を加算する加算器と、 相手局との相対角度誤差を前記ポインティングセンサよ
りも高精度かつ高周波数で検出するトラッキングセンサ
と、 軌道情報から相手局の自局に対する相対角度を予測設定
した軌道予測値と、 捕捉時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された捕捉時指令値と、 追尾時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された追尾時指令値と、 通信時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された通信時指令値と、 受信光から超高精度の光位置を検出する機能を持ち受信
光を電気信号に復調する受信機に光結合する受光ファイ
バカプラと、 前記受光ファイバカプラ上の受信光の角度ずれ量を計算
する受信光角度ずれ量検出器と、 前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検出出力から追
尾時および通信時に前記精捕捉追尾機構ジンバル角が原
点近傍に設定されるように前記粗捕捉追尾制御機構を駆
動するための制御目標値を得る精粗協調補償器と、 捕捉時に前記加算器の出力と前記軌道予測値と前記粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック量
とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量
を算出し、追尾時および通信時に前記精粗協調補償器か
らの制御目標値と前記軌道予測値と前記粗捕捉追尾機構
ジンバル角センサの出力のフィードバック量とから前記
粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算する
粗捕捉追尾補償器と、 捕捉時に前記捕捉時指令値と前記精捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサの出力のフィードバック量とから前記精捕捉
追尾機構のジンバル角の補正量を計算し、追尾時に前記
追尾時指令値と前記トラッキングセンサの出力のフィー
ドバック量とから前記精捕捉追尾機構へ与えるジンバル
角の補正量を計算し、通信時に前記通信時指令値と前記
受信光角度ずれ量検出器の出力のフィードバック量とか
ら前記精捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計
算する精捕捉追尾補償器と、 捕捉時、追尾時および通信時の各制御モードを設定する
制御モード切り替え手段とを備えたことを特徴とする光
空間通信装置。
1. A coarse capturing and tracking mechanism for performing gimbal driving in an elevation direction and an azimuth direction to roughly direct a light receiving unit of a transmission / reception telescope toward a partner station and roughly capture transmission light from the partner station; A fine capture tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the tracking mechanism by biaxial gimbal driving; a coarse capture tracking mechanism gimbal angle sensor that detects a gimbal angle of the coarse capture tracking mechanism; A precise capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting a gimbal angle of the mechanism; a pointing sensor for detecting a relative angle error with a partner station in a wide range; a relative angle error detected by the pointing sensor and the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle. An adder for adding the gimbal angle detected by the sensor; Tracking sensor that detects at high frequency and high frequency, trajectory prediction value that predicts and sets the relative angle of the partner station to its own station from trajectory information, and target value that is set in advance as a target value for forming a precise capture tracking control system during capture The command value at the time of capture, the command value at the time of tracking preset as a target value for forming the precise capture and tracking control system at the time of tracking, and the preset value as the target value for forming the precise capture and tracking control system at the time of communication A communication command value, a light receiving fiber coupler optically coupled to a receiver having a function of detecting an ultra-high precision light position from the received light and demodulating the received light into an electric signal, and an angle of the received light on the light receiving fiber coupler A receiving light angle shift amount detector for calculating a shift amount, and the fine capture and tracking mechanism gimbal angle is set near the origin during tracking and communication based on the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. A fine / coarse coordinator for obtaining a control target value for driving the coarse capture / tracking control mechanism so as to be determined; and an output of the adder, the trajectory predicted value, and the coarse capture / tracking mechanism gimbal angle sensor during capture. A gimbal angle correction amount given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated from the output feedback amount, and a control target value, the trajectory predicted value, and the coarse capturing and tracking mechanism gimbal from the fine and coarse cooperative compensator during tracking and communication. A coarse capture tracking compensator that calculates a gimbal angle correction amount given to the coarse capture tracking mechanism from a feedback amount of the output of the angle sensor, and a capture command value and a fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor output during capture. The gimbal angle correction amount of the precise capturing and tracking mechanism is calculated from the feedback amount, and the tracking command value and the output of the tracking sensor are fed back during tracking. The gimbal angle to be given to the fine-acquisition tracking mechanism from the communication command value and the feedback amount of the output of the received light angle deviation amount detector at the time of communication is calculated. An optical space communication apparatus, comprising: a fine acquisition tracking compensator that calculates a correction amount of the above; and a control mode switching unit that sets each control mode during acquisition, tracking, and communication.
【請求項2】 エレベーション方向およびアジマス方向
にジンバル駆動することにより送受信望遠鏡の受光部を
相手局に粗向して前記相手局からの送信光を粗補足する
粗捕捉追尾機構と、 前記粗捕捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジ
ンバル駆動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構
と、 前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 前記精捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 相手局との相対角度誤差を広い範囲で検出するポインテ
ィングセンサと、 前記ポインティングセンサが検出した相対角度誤差と前
記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサが検出したジンバル
角を加算する加算器と、 相手局との相対角度誤差を前記ポインティングセンサよ
りも高精度かつ高周波数で検出するトラッキングセンサ
と、 軌道情報から相手局の自局に対する相対角度を予測設定
した軌道予測値と、 捕捉時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された捕捉時指令値と、 追尾時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された追尾時指令値と、 受信光から超高精度の光位置を検出する機能を持ち受信
光を電気信号に復調する受信機に光結合する受光ファイ
バカプラと、 前記受光ファイバカプラ上の受信の光角度ずれ量を計算
する受信光角度ずれ量検出器と、 前記受信光角度ずれ量検出器の出力から通信時の精捕捉
追尾制御系に与えるオフセット量を算出する受信光オフ
セット算出器と、 前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検出出力から追
尾時および通信時に前記精捕捉追尾機構ジンバル角が原
点近傍に設定されるように前記粗捕捉追尾制御機構を駆
動するための制御目標値を得る精粗協調補償器と、捕捉
時に前記加算器の出力と前記軌道予測値と前記粗捕捉追
尾機構ジンバル角 センサの出力のフィードバック量とから前記粗捕捉追尾
機構へ与えるジンバル角の補正量を算出し、追尾時およ
び通信時に前記精粗協調補償器からの制御目標値と前記
軌道予測値と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサの出
力のフィードバック量とから前記粗捕捉追尾機構へ与え
るジンバル角の補正量を計算する粗捕捉追尾補償器と、 捕捉時に前記捕捉時指令値と前記精捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサの出力のフィードバック量とから前記精捕捉
追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算し、追尾時
に前記追尾時指令値と前記トラッキングセンサの出力の
フィードバック量とから前記精捕捉追尾機構へ与えるジ
ンバル角の補正量を計算し、通信時に前記受信光オフセ
ット算出器の出力オフセット量と前記トラッキングセン
サの出力のフィードバック量とから前記精捕捉追尾機構
のジンバル角へ与える補正量を計算する精捕捉追尾補償
器と、 捕捉時、追尾時および通信時の各制御モードを設定する
制御モード切り替え手段とを備えたことを特徴とする光
空間通信装置。
2. A coarse capturing and tracking mechanism for performing gimbal driving in an elevation direction and an azimuth direction to roughly point a light receiving unit of a transmission / reception telescope toward a partner station and roughly capture transmission light from the partner station; A fine-capture tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the tracking mechanism by biaxial gimbal driving; a coarse-capture tracking mechanism that detects a gimbal angle of the coarse capture tracking mechanism; and a fine-capture tracking. A precise capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting a gimbal angle of the mechanism; a pointing sensor for detecting a relative angle error with a partner station in a wide range; a relative angle error detected by the pointing sensor and the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle. An adder for adding the gimbal angle detected by the sensor; Tracking sensor that detects at high frequency and high frequency, trajectory prediction value that predicts and sets the relative angle of the partner station to its own station from trajectory information, and target value that is set in advance as a target value for forming a precise capture tracking control system during capture It has a command value at the time of capture, a command value at the time of tracking set as a target value for forming a precise capture and tracking control system at the time of tracking, and a function of detecting an ultra-high-precision optical position from the received light, and electrically controls the received light. A light-receiving fiber coupler optically coupled to a receiver for demodulating the signal, a reception light angle deviation amount detector for calculating a light angle deviation amount of reception on the light reception fiber coupler, and an output of the reception light angle deviation amount detector A reception light offset calculator for calculating an offset amount to be applied to a precise capture and tracking control system during communication; and a fine capture and tracking during tracking and communication based on a detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. A fine and coarse cooperative compensator that obtains a control target value for driving the coarse capture and tracking control mechanism so that the capture and tracking mechanism gimbal angle is set near the origin; and an output of the adder and the trajectory prediction value during capturing. A gimbal angle correction amount to be given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated from the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor, and a control target value from the fine and coarse cooperative compensator and the trajectory during tracking and communication. A coarse capture and tracking compensator that calculates a gimbal angle correction amount to be applied to the coarse capture and tracking mechanism from the predicted value and a feedback amount of the output of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor; Calculate a gimbal angle correction amount to be applied to the fine tracking mechanism from the feedback amount of the output of the capturing tracking mechanism gimbal angle sensor, and when tracking, the tracking command value and the tracking command value are calculated. A gimbal angle correction amount to be applied to the fine capture and tracking mechanism is calculated from the feedback amount of the output of the racking sensor, and the precision is calculated from the output offset amount of the received light offset calculator and the feedback amount of the output of the tracking sensor during communication. An optical space comprising: a precise capture and tracking compensator for calculating a correction amount given to a gimbal angle of a capture and tracking mechanism; and control mode switching means for setting respective control modes during capture, tracking, and communication. Communication device.
【請求項3】 受信光オフセット算出器の代わりに、通
信時に受信光角度ずれ量検出器の出力が閾値に対して大
きい場合に一定のオフセット量を取り出すオフセット量
発生器を備え、精捕捉追尾補償器が、通信時に前記トラ
ッキングセンサの出力のフィードバック量と前記一定の
オフセット量とから前記精捕捉追尾機構へ与えるジンバ
ル角の補正量を計算することを特徴とした請求項3記載
の光空間通信装置。
3. An offset amount generator for taking out a constant offset amount when an output of a received light angle deviation amount detector is larger than a threshold value during communication, instead of a received light offset calculator, and precisely capturing and tracking compensation. 4. The optical space communication apparatus according to claim 3, wherein a compensator calculates a correction amount of a gimbal angle to be given to the precise capturing and tracking mechanism from a feedback amount of an output of the tracking sensor and the fixed offset amount during communication. .
【請求項4】 制御モード切り替え手段が、トラッキン
グセンサの検出出力から入射光角度を判定し、受信光角
度ずれ量検出器の出力から受光ファイバカプラ上の受信
光の角度ずれを判定することにより捕捉時、追尾時およ
び通信時の各制御モードを切り替え設定することを特徴
とした請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載
の光空間通信装置。
4. The control mode switching means determines the incident light angle from the detection output of the tracking sensor, and determines the angle shift of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the received light angle shift amount detector. The optical space communication apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the control modes at the time of tracking, tracking, and communication is switched and set.
【請求項5】 制御モード切り替え手段が、 粗捕捉追尾制御系の通信時と追尾時の制御モードを切り
替え設定する第1スイッチと、 精捕捉追尾制御系の捕捉時、追尾時および通信時の制御
モードを切り替え設定する第2スイッチと、 トラッキングセンサの検出出力から入射光角度を判定し
て前記第1スイッチを通信時および追尾時のいずれかの
制御モードに設定するトラッキングセンサ角度判定器
と、 受信光角度ずれ量検出器の出力から受光ファイバカプラ
上の受信光の角度ずれを判定し追尾時と通信時を決める
判定出力を取り出す受信光角度ずれ量判定器と、 前記トラッキングセンサ角度判定器と前記受信光角度ず
れ量判定器の両出力に応答して前記第2スイッチを捕捉
時、追尾時および通信時のいずれかの制御モードに設定
するスイッチ自動切り替え器とを有したことを特徴とす
る請求項1記載の光空間通信装置。
5. A control mode switching means comprising: a first switch for switching and setting a control mode between communication and tracking in a coarse capture and tracking control system; and control during capture, tracking and communication in a fine capture and tracking control system. A second switch for switching and setting a mode; a tracking sensor angle determiner for determining an incident light angle from a detection output of the tracking sensor to set the first switch to a control mode for communication or tracking; A received light angle shift amount determiner that determines the angle shift of the received light on the light receiving fiber coupler from the output of the light angle shift amount detector and extracts a determination output that determines the tracking time and the communication time, the tracking sensor angle determiner, and A switch for setting the second switch to one of the control modes during capture, tracking, and communication in response to both outputs of the received light angle deviation amount determiner. Optical space communication apparatus according to claim 1, characterized in that having an automatic switch.
【請求項6】 ポインティングセンサが2次元CCDで
構成され、トラッキングセンサが4象限検出器で構成さ
れ、受光ファイバカプラが受信機に受信光を光結合する
シングルモードファイバとこのシングルモードファイバ
を中心にその周囲に配置され前記受信光の位置検出をす
るためのマルチモードファイバで構成されたことを特徴
とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載
の光空間通信装置。
6. A pointing sensor is constituted by a two-dimensional CCD, a tracking sensor is constituted by a four-quadrant detector, a light-receiving fiber coupler is a single-mode fiber for optically coupling received light to a receiver, and the center of the single-mode fiber. The optical space communication apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a multi-mode fiber disposed around the multi-mode fiber for detecting a position of the reception light.
【請求項7】 エレベーション方向およびアジマス方向
にジンバル駆動することにより送受信望遠鏡の受光部を
相手局に粗向して前記相手局からの送信光を粗補足する
粗捕捉追尾機構と、 前記粗捕捉追尾機構により粗捕捉された受信光を2軸ジ
ンバル駆動することにより精捕捉する精捕捉追尾機構
と、 前記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 前記精捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、 相手局との相対角度誤差を広い範囲で検出するポインテ
ィングセンサと、 前記ポインティングセンサが検出した相対角度誤差と前
記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサが検出したジンバル
角を加算する加算器と、 軌道情報から相手局の自局に対する相対角度を予測設定
した軌道予測値と、 捕捉時に精捕捉追尾制御系形成するための目標値として
予め設定された捕捉時指令値と、 通信時に精捕捉追尾制御系を形成するための目標値とし
て予め設定された通信時指令値と、 受信光から超高精度の光位置を検出する機能を持ち受信
光を電気信号に復調する受信機に光結合する受光ファイ
バカプラと、 前記受光ファイバカプラ上の受信光の角度ずれ量を計算
する受信光角度ずれ量検出器と、 前記精捕捉追尾機構ジンバル角センサの検出出力から追
尾時および通信時に前記精捕捉追尾機構ジンバル角が原
点近傍に設定されるように前記粗捕捉追尾制御機構を駆
動するための制御目標値を得る精粗協調補償器と、 捕捉時に前記加算器の出力と前記軌道予測値と前記粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサの出力のフィードバック量
とから前記粗捕捉追尾機構へ与えるジンバル角の補正量
を算出し、通信時に前記精粗協調補償器からの制御目標
値と前記軌道予測値と前記粗捕捉追尾機構ジンバル角セ
ンサの出力のフィードバック量とから前記粗捕捉追尾機
構へ与えるジンバル角の補正量を計算する粗捕捉追尾補
償器と、 捕捉時に前記捕捉時指令値と前記精捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサの出力のフィードバック量とから前記精捕捉
追尾機構へ与えるジンバル角の補正量を計算し、通信時
に前記通信時指令値と前記受信光角度ずれ量検出器の出
力のフィードバック量とから前記精捕捉追尾機構へ与え
るジンバル角の補正量を計算する精捕捉追尾補償器と、 捕捉時および通信時の制御モードを設定する制御モード
切り替え手段とを備えたことを特徴とする光空間通信装
置。
7. A coarse capturing and tracking mechanism for performing gimbal driving in an elevation direction and an azimuth direction to roughly direct a light receiving unit of the transmission / reception telescope toward a partner station and roughly capture transmission light from the partner station; A fine-capture tracking mechanism that precisely captures the received light roughly captured by the tracking mechanism by biaxial gimbal driving; a coarse-capture tracking mechanism that detects a gimbal angle of the coarse capture tracking mechanism; and a fine-capture tracking. A precise capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor for detecting a gimbal angle of the mechanism; a pointing sensor for detecting a relative angle error with a partner station in a wide range; a relative angle error detected by the pointing sensor and the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle An adder that adds the gimbal angle detected by the sensor, and a trajectory that predicts and sets the relative angle of the partner station to its own station from trajectory information A predicted value, a command value at the time of capture set as a target value for forming the fine capture and tracking control system at the time of capture, and a communication time command preset as a target value for forming the fine capture and tracking control system at the time of communication A light receiving fiber coupler that has a function of detecting an ultra-high-precision light position from the received light and optically couples the light to a receiver that demodulates the received light into an electric signal; A receiving light angle deviation detector to be calculated; and the coarse capturing and tracking control mechanism so that the fine capture and tracking mechanism gimbal angle is set near the origin during tracking and communication based on the detection output of the fine capture and tracking mechanism gimbal angle sensor. A fine and coarse cooperative compensator for obtaining a control target value for driving the output of the adder, the trajectory prediction value, and the feedback amount of the output of the coarse capture and tracking mechanism gimbal angle sensor during capture. The gimbal angle correction amount to be given to the coarse capturing and tracking mechanism is calculated from the control target value and the trajectory predicted value from the fine and coarse cooperative compensator during communication and the feedback amount of the output of the coarse capturing and tracking mechanism gimbal angle sensor. A coarse capture tracking compensator that calculates the amount of gimbal angle correction to be applied to the coarse capture tracking mechanism, and the fine capture tracking based on the capture command value and the feedback amount of the output of the fine capture tracking mechanism gimbal angle sensor during capture. A gimbal angle correction amount given to the mechanism is calculated, and a gimbal angle correction amount given to the fine capture tracking mechanism is calculated from the communication command value and the output amount of the output of the received light angle deviation amount detector during communication. An optical space communication apparatus comprising: a fine-acquisition tracking compensator; and a control mode switching means for setting a control mode during capture and during communication.
【請求項8】 制御モード切り替え手段が、トラッキン
グセンサの検出出力から入射光角度を判定し、受信光角
度ずれ量検出器の出力から受光ファイバカプラ上の受信
光の角度ずれを判定することにより捕捉時および通信時
の制御モードを切り替え設定することを特徴とした請求
項7記載の光空間通信装置。
8. A control mode switching means for detecting an incident light angle from a detection output of the tracking sensor and for determining an angle deviation of the reception light on the light receiving fiber coupler from an output of the reception light angle deviation detector. The optical space communication apparatus according to claim 7, wherein a control mode at the time of communication and a mode at the time of communication are switched and set.
【請求項9】 加算器は、ポインティングセンサが非受
光時で検出出力を得られないときに、事前の受光時の出
力値をそのままに保持することを特徴とする請求項1か
ら請求項8のうちのいずれか1項記載の光空間通信装
置。
9. The method according to claim 1, wherein the adder holds a previous output value at the time of light reception as it is when the pointing sensor cannot obtain a detection output during no light reception. An optical space communication device according to any one of the preceding claims.
【請求項10】 粗捕捉追尾機構が回転することにより
内部光学系で生じた受信光の回転角を検出する像回転検
出器と、 前記内部光学系を回転する回転機構と、 像回転検出器の検出出力に応答して前記内部光学系で生
じた像回転をキャンセルするように前記回転機構を駆動
制御する回転機構制御回路とを有したことを特徴とする
請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の光空
間通信装置。
10. An image rotation detector for detecting a rotation angle of received light generated in an internal optical system due to rotation of a coarse capturing and tracking mechanism, a rotation mechanism for rotating the internal optical system, and an image rotation detector. 10. A rotation mechanism control circuit for driving and controlling the rotation mechanism so as to cancel image rotation generated in the internal optical system in response to a detection output. An optical space communication device according to any one of the preceding claims.
【請求項11】 ジンバル駆動する粗捕捉追尾機構によ
り受光部を相手局に粗向すると共にジンバル駆動する精
捕捉追尾機構により前記受光部を前記相手局に高精度に
向けるように制御する光空間通信装置において、 前記粗捕捉追尾機構が回転することにより内部光学系で
生じた受信光の回転角を検出する像回転検出器と、 前記内部光学系を回転する回転機構と、 前記像回転検出器の検出出力に応答して前記内部光学系
で生じた像回転をキャンセルするように前記回転機構を
駆動制御する回転機構制御回路とを備えたことを特徴と
する光空間通信装置。
11. Optical spatial communication in which a gimbal-driven coarse capturing / tracking mechanism roughly directs the light receiving unit to the partner station, and a gimbal-driven fine capturing / tracking mechanism controls the light receiving unit to point to the partner station with high precision. In the apparatus, an image rotation detector that detects a rotation angle of received light generated in an internal optical system by rotating the coarse capturing and tracking mechanism, a rotation mechanism that rotates the internal optical system, and an image rotation detector. An optical space communication device, comprising: a rotation mechanism control circuit that drives and controls the rotation mechanism so as to cancel the image rotation generated in the internal optical system in response to the detection output.
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