JP7130175B2 - optical space communication device - Google Patents

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JP7130175B2 JP2022532944A JP2022532944A JP7130175B2 JP 7130175 B2 JP7130175 B2 JP 7130175B2 JP 2022532944 A JP2022532944 A JP 2022532944A JP 2022532944 A JP2022532944 A JP 2022532944A JP 7130175 B2 JP7130175 B2 JP 7130175B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum

Description

本開示は、衛星との間で通信を行う光空間通信装置に関する。 The present disclosure relates to a space optical communication device that communicates with a satellite.

光空間通信装置は、信号光を空間に出射することで、衛星との間で通信を行う。光空間通信装置は、信号光を用いるため、広がり角が小さく、秘匿性に優れる。また、光空間通信装置は、ファイバの敷設が困難な地域において、大容量通信が可能である。 A space optical communication device communicates with a satellite by emitting signal light into space. Since the optical space communication device uses signal light, it has a small spread angle and is excellent in confidentiality. In addition, the free-space optical communication device is capable of large-capacity communication in areas where fiber laying is difficult.

光空間通信が出射する信号光は、広がり角が小さい。よって、光空間通信装置は、衛星との通信を確立するため、当該衛星に対して高精度に捕捉追尾を行い、信号光を出射する必要がある。 Signal light emitted from optical space communication has a small spread angle. Therefore, in order to establish communication with a satellite, the optical space communication device must acquire and track the satellite with high precision and emit signal light.

これに対して、通信用の信号光とは別に、初期補足用の光を用いて、通信を確立する手法が知られている(例えば特許文献1参照)。 On the other hand, there is known a method of establishing communication by using light for initial supplementation separately from signal light for communication (for example, see Patent Document 1).

国際公開第2019/026207号WO2019/026207

しかしながら、光空間通信装置が初期捕捉用の光を用いて通信を確立すると、通信の確立後に衛星が想定外の挙動をした場合に捕捉追尾が困難となる。 However, when the optical space communication device establishes communication using light for initial acquisition, acquisition and tracking becomes difficult if the satellite behaves unexpectedly after communication is established.

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、初期捕捉用の光を用いずに、リアルタイムに衛星の補足追尾が可能な光空間通信装置を提供することを目的としている。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide an optical space communication device capable of supplemental tracking of satellites in real time without using light for initial acquisition. .

本開示に係る光空間通信装置は、注入電流に応じた光を出力する基準光源と、基準光源により出力された光を単一の局発光及び複数の信号光に分配する信号分配部と、信号分配部により得られた信号光に対して位相を変調する位相変調部と、位相変調部による変調後の信号光を増幅する光増幅部と、光増幅部による増幅後の信号光と信号分配部により得られた局発光とを合波して空間に出射する光フェーズドアレイ光学部と、光増幅部による増幅後の信号光及び信号分配部により得られた局発光からビート信号を得て、当該信号光及び衛星からの信号光からベースバンド信号を得る光受信部と、光受信部により得られたベースバンド信号に基づいて、ベースバンドの揺らぎを検出する第1の信号処理部と、第1の信号処理部により検出された揺らぎに基づいて、当該揺らぎを低減させるよう基準光源への注入電流を制御するループフィルタと、光受信部により得られたビート信号に基づいて、当該ビート信号を基準信号に同期させるよう位相変調部における変調量を制御する位相制御部と、光フェーズドアレイ光学部の動作を制御するジンバルと、衛星からの信号光及び衛星の軌道情報に基づいて、位相制御部及びジンバルを制御して当該衛星の補足追尾を行う第2の信号処理部とを備え、光フェーズドアレイ光学部は、衛星からの信号光が入射される複数のファイバコリメータからなるファイバコリメータアレイを有し、第2の信号処理部は、ファイバコリメータに入射された信号光の受信強度を取得する強度取得部と、強度取得部により取得された受信強度に基づいて、ファイバコリメータアレイにおける当該受信強度の重心を演算する重心演算部と、重心演算部により演算された重心に基づいて、ファイバコリメータに入射された信号光の照射位置を推定する照射位置推定部と、照射位置推定部により推定された照射位置に基づいて、衛星の動きを予測する予測部と、予測部による予測結果及び衛星の軌道情報に基づいて、位相制御部及びジンバルを制御して当該衛星の補足追尾を行う捕捉追尾部とを有することを特徴とする。 An optical space communication device according to the present disclosure includes a reference light source that outputs light corresponding to an injected current, a signal distribution unit that distributes the light output from the reference light source into a single local light and a plurality of signal lights, and a signal A phase modulation section that modulates the phase of the signal light obtained by the distribution section, an optical amplification section that amplifies the signal light modulated by the phase modulation section, and a signal light amplified by the optical amplification section and the signal distribution section. An optical phased array optical unit that multiplexes the local light obtained by and emits it into space, and a beat signal is obtained from the local light obtained by the signal light amplified by the optical amplifier and the local light obtained by the signal distribution unit, an optical receiving section for obtaining a baseband signal from the signal light and the signal light from the satellite; a first signal processing section for detecting baseband fluctuation based on the baseband signal obtained by the optical receiving section; Based on the fluctuation detected by the signal processing unit, the loop filter that controls the injection current to the reference light source so as to reduce the fluctuation, and the beat signal obtained by the optical receiving unit. a phase control unit for controlling the amount of modulation in the phase modulation unit so as to synchronize with the signal; a gimbal for controlling the operation of the optical phased array optical unit; a second signal processing unit that controls a gimbal to perform supplemental tracking of the satellite; and the optical phased array optical unit has a fiber collimator array composed of a plurality of fiber collimators into which signal light from the satellite is incident. , the second signal processing unit includes an intensity acquisition unit that acquires the reception intensity of the signal light incident on the fiber collimator, and based on the reception intensity acquired by the intensity acquisition unit, the center of gravity of the reception intensity in the fiber collimator array an irradiation position estimation unit for estimating the irradiation position of the signal light incident on the fiber collimator based on the center of gravity calculated by the center of gravity calculation unit; and the irradiation position estimated by the irradiation position estimation unit and a acquisition and tracking unit that controls the phase control unit and the gimbal to perform supplementary tracking of the satellite based on the prediction result of the prediction unit and the orbital information of the satellite. It is characterized by

本開示によれば、上記のように構成したので、初期捕捉用の光を用いずに、リアルタイムに衛星の補足追尾が可能となる。 According to the present disclosure, since it is configured as described above, it is possible to perform supplemental tracking of the satellite in real time without using light for initial acquisition.

実施の形態1に係る光空間通信装置の構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a free-space optical communication device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1における位相同期回路の構成例を示す図である。2 is a diagram showing a configuration example of a phase synchronization circuit according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1における光フェーズドアレイ光学部の構成例を示す図である。4 is a diagram showing a configuration example of an optical phased array optical unit according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1における第2の信号処理部の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of a second signal processing unit according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1における第1の信号処理部及びループフィルタの動作例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an operation example of the first signal processing unit and the loop filter in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の信号処理部の動作例を示すフローチャートである。7 is a flow chart showing an operation example of a second signal processing unit according to Embodiment 1; 実施の形態1におけるファイバコリメータアレイに入射された信号光を示すイメージ図である。4 is an image diagram showing signal light incident on the fiber collimator array in Embodiment 1. FIG. 図8A、図8Bは、実施の形態1に係る光空間通信装置のハードウェア構成例を示す図である。8A and 8B are diagrams showing hardware configuration examples of the free-space optical communication device according to the first embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
以下、実施の形態1に係る光空間通信装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、実施の形態1は、本開示の一具体例を示すものである。したがって、各構成要素の形状、配置及び材料等は一例であり、本開示を限定する趣旨はない。また、各図は模式図であり、厳密に図示されたものではない。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
Hereinafter, the free-space optical communication device according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, Embodiment 1 shows a specific example of the present disclosure. Therefore, the shape, arrangement, material, and the like of each component are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Each figure is a schematic diagram and is not strictly illustrated.

図1は実施の形態1に係る光空間通信装置の構成例を示す図である。
光空間通信装置は、信号光(ビーム)を空間に出射することで、衛星(不図示)との間で通信を行う。光空間通信装置は、図1に示すように、光源部1、基準信号発生源2、複数の素子ユニット部3、光増幅器4、光フェーズドアレイ光学部5、信号処理部(第1の信号処理部)6、ループフィルタ7、衛星軌道情報送信部8、ジンバル9及び信号処理部(第2の信号処理部)10を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a free-space optical communication device according to Embodiment 1. As shown in FIG.
A space optical communication device communicates with a satellite (not shown) by emitting signal light (beam) into space. As shown in FIG. 1, the optical space communication device includes a light source section 1, a reference signal generation source 2, a plurality of element unit sections 3, an optical amplifier 4, an optical phased array optical section 5, a signal processing section (first signal processing section) 6, a loop filter 7, a satellite orbit information transmission section 8, a gimbal 9, and a signal processing section (second signal processing section) 10.

光源部1は、単一の局発光及び複数の信号光を出力する。光源部1は、図1に示すように、基準光源11、複数の伝送光源12、1×2カプラ13、波長多重カプラ14、強度変調器15、2×1波長多重カプラ16及び信号分配用カプラ17を備える。 A light source unit 1 outputs a single local light and a plurality of signal lights. As shown in FIG. 1, the light source unit 1 includes a reference light source 11, a plurality of transmission light sources 12, a 1×2 coupler 13, a wavelength multiplexing coupler 14, an intensity modulator 15, a 2×1 wavelength multiplexing coupler 16, and a signal distribution coupler. 17.

基準光源11は、光を出力する。基準光源11により出力される光は、位相同期用(位相誤差検出用)の光である。基準光源11は、光移相器を有し、ループフィルタ7からの注入電流に応じた位相の光を出力する。基準光源11は、例えばレーザ光源である。 The reference light source 11 outputs light. The light output from the reference light source 11 is light for phase synchronization (phase error detection). The reference light source 11 has an optical phase shifter and outputs light having a phase corresponding to the current injected from the loop filter 7 . The reference light source 11 is, for example, a laser light source.

伝送光源12は、信号光を出力する。伝送光源12により出力される信号光は、信号伝送用(通信信号用)の光である。各伝送光源12は、基準光源11により出力される光の波長とは異なる波長であり、且つ、互いに異なる波長の光を出力する。伝送光源12は、例えばレーザ光源である。なお、伝送光源12の数は、複数であればよく、限定されない。 The transmission light source 12 outputs signal light. The signal light output from the transmission light source 12 is light for signal transmission (for communication signals). Each transmission light source 12 outputs light having a wavelength different from that of the light output from the reference light source 11 and different from each other. The transmission light source 12 is, for example, a laser light source. The number of transmission light sources 12 is not limited as long as it is plural.

1×2カプラ13は、基準光源11により出力された光を、信号光及び局発光に二分岐する。1×2カプラ13は、例えば偏波保持フィルターカプラである。 The 1×2 coupler 13 splits the light output from the reference light source 11 into signal light and local light. The 1×2 coupler 13 is, for example, a polarization maintaining filter coupler.

波長多重カプラ14は、各伝送光源12により出力された信号光を合波する。波長多重カプラ14は、例えばDWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)フィルタが多段に接続されることで構成される。 The wavelength multiplexing coupler 14 multiplexes the signal lights output from each transmission light source 12 . The wavelength multiplexing coupler 14 is configured by connecting, for example, DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) filters in multiple stages.

強度変調器15は、波長多重カプラ14による合波後の信号光に対し、強度変調を行う。すなわち、強度変調器15は、波長多重カプラ14による合波後の信号光に対し、例えばOOK(On-Off Keying)方式でデータ信号を付与する。強度変調器15は、例えばマッハツェンダ変調器である。 The intensity modulator 15 intensity-modulates the signal light after being multiplexed by the wavelength multiplexing coupler 14 . That is, the intensity modulator 15 adds a data signal to the signal light after being multiplexed by the wavelength multiplexing coupler 14, for example, by an OOK (On-Off Keying) method. The intensity modulator 15 is, for example, a Mach-Zehnder modulator.

2×1波長多重カプラ16は、1×2カプラ13により得られた信号光と、強度変調器15による強度変調後の信号光とを合波する。 The 2×1 wavelength multiplexing coupler 16 multiplexes the signal light obtained by the 1×2 coupler 13 and the signal light intensity-modulated by the intensity modulator 15 .

信号分配用カプラ17は、2×1波長多重カプラ16による合波後の信号光を、複数の信号光に分配する。信号分配用カプラ17の分配数は、素子ユニット部3の数に等しい。信号分配用カプラ17は、例えば1×2カプラが多段に接続されることで構成される。信号分配用カプラ17により得られた信号光は、互いに異なる素子ユニット部3にそれぞれ出力される。 The signal distribution coupler 17 distributes the signal light multiplexed by the 2×1 wavelength multiplexing coupler 16 into a plurality of signal lights. The distribution number of the signal distribution coupler 17 is equal to the number of the element unit sections 3 . The signal distribution coupler 17 is configured by connecting 1×2 couplers in multiple stages, for example. The signal light obtained by the signal distribution coupler 17 is output to the element unit sections 3 different from each other.

なお、1×2カプラ13及び信号分配用カプラ17は、「基準光源11により出力された光を単一の局発光及び複数の信号光に分配する信号分配部」を構成する。 The 1×2 coupler 13 and the signal distribution coupler 17 constitute a “signal distribution unit that distributes the light output from the reference light source 11 into a single local light and a plurality of signal lights”.

基準信号発生源2は、電気信号を発生する。基準信号発生源2により発生される電気信号は基準信号である。基準信号発生源2は、例えばシグナルジェネレータである。 A reference signal source 2 generates an electrical signal. The electrical signal generated by the reference signal source 2 is the reference signal. The reference signal source 2 is, for example, a signal generator.

素子ユニット部3は、基準信号発生源2により発生された電気信号を用いて、光源部1により出力された信号光の位相同期を確立する。素子ユニット部3は、図1に示すように、位相変調器(位相変調部)31、光増幅器(光増幅部)32、偏波保持サーキュレータ33、DWDMフィルタ34、光受信部35、信号増幅器36、位相同期回路37及びバンドパスフィルタ38を備える。 The element unit section 3 uses the electrical signal generated by the reference signal generation source 2 to establish phase synchronization of the signal light output from the light source section 1 . The element unit section 3 includes, as shown in FIG. , a phase synchronization circuit 37 and a bandpass filter 38 .

位相変調器31は、信号分配用カプラ17により出力された信号光に対し、位相変調を行う。位相変調器31による位相変調により信号光に対して付与される位相シフト量は、周波数シフト量と相関関係にある。周波数シフト量は、位相同期回路37による位相同期の確立後の電気信号(位相誤差補償信号)によって決定される。位相変調器31は、例えばLN変調器又はAO変調器である。 The phase modulator 31 phase-modulates the signal light output from the signal distribution coupler 17 . The amount of phase shift imparted to the signal light by phase modulation by the phase modulator 31 has a correlation with the amount of frequency shift. The amount of frequency shift is determined by the electrical signal (phase error compensation signal) after phase synchronization is established by the phase synchronization circuit 37 . Phase modulator 31 is, for example, an LN modulator or an AO modulator.

光増幅器32は、位相変調器31による位相変調後の信号光を増幅する。光増幅器32は、外部からの駆動電流の大きさに応じて、光を増幅する。光増幅器32は、半導体光増幅器である。 The optical amplifier 32 amplifies the signal light phase-modulated by the phase modulator 31 . The optical amplifier 32 amplifies light according to the magnitude of the drive current supplied from the outside. The optical amplifier 32 is a semiconductor optical amplifier.

偏波保持サーキュレータ33は、光の入力方向に応じて当該光の出力方向を切替える。この偏波保持サーキュレータ33は、光増幅器32による増幅後の信号光を、光フェーズドアレイ光学部5に出力する。また、偏波保持サーキュレータ33は、光フェーズドアレイ光学部5からの光を、DWDMフィルタ34に出力する。 The polarization maintaining circulator 33 switches the output direction of light according to the input direction of the light. This polarization maintaining circulator 33 outputs the signal light amplified by the optical amplifier 32 to the optical phased array optical section 5 . Also, the polarization maintaining circulator 33 outputs the light from the optical phased array optical section 5 to the DWDM filter 34 .

DWDMフィルタ34は、偏波保持サーキュレータ33により出力された光を、位相同期用成分の光及び通信信号用成分の光に波長分離する。位相同期用成分の光は、基準光源11により出力される光と同波長の成分の光である。通信信号用成分の光は、各伝送光源12により出力される信号光と同波長の成分の光である。なお、DWDMフィルタ34により得られた通信信号用成分の光は、終端される。 The DWDM filter 34 wavelength-separates the light output from the polarization maintaining circulator 33 into phase synchronization component light and communication signal component light. The phase synchronization component light is light having the same wavelength as the light output from the reference light source 11 . The communication signal component light is light having the same wavelength as the signal light output from each transmission light source 12 . The communication signal component light obtained by the DWDM filter 34 is terminated.

光受信部35は、DWDMフィルタ34により得られた位相同期用成分の光を電気信号に変換する。すなわち、光受信部35は、光フェーズドアレイ光学部5により反射された光(信号光及び局発光)に対してヘテロダイン検波を行うことでビート信号を検出する。また、光受信部35は、光フェーズドアレイ光学部5により反射された光(信号光)及び光フェーズドアレイ光学部5に入射された信号光(衛星からの信号光)に対してホモダイン検波を行うことで、ベースバンド信号を検出する。光受信部35は、例えばフォトダイオードである。 The optical receiver 35 converts the light of the phase synchronization component obtained by the DWDM filter 34 into an electrical signal. That is, the optical receiver 35 detects the beat signal by performing heterodyne detection on the light (signal light and local light) reflected by the optical phased array optical unit 5 . Further, the optical receiver 35 performs homodyne detection on the light (signal light) reflected by the optical phased array optical unit 5 and the signal light (signal light from the satellite) incident on the optical phased array optical unit 5. to detect the baseband signal. The optical receiver 35 is, for example, a photodiode.

信号増幅器36は、光受信部35により得られた電気信号(ビート信号)を、位相同期回路37(ループフィルタ373)で検出可能な信号レベルまで増幅する。信号増幅器36は、例えばRFアンプである。 The signal amplifier 36 amplifies the electric signal (beat signal) obtained by the optical receiver 35 to a signal level detectable by the phase synchronization circuit 37 (loop filter 373). Signal amplifier 36 is, for example, an RF amplifier.

位相同期回路37は、信号増幅器36による増幅後の電気信号と、基準信号発生源2により発生された電気信号とを比較し、位相同期を確立する。位相同期回路37は、図2に示すように、移相器371、位相比較器372、ループフィルタ373及びVCO(Voltage Controlled Oscillator)374を備える。 The phase synchronization circuit 37 compares the electrical signal amplified by the signal amplifier 36 with the electrical signal generated by the reference signal source 2 to establish phase synchronization. The phase synchronization circuit 37 includes a phase shifter 371, a phase comparator 372, a loop filter 373 and a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 374, as shown in FIG.

移相器371は、基準信号発生源2により発生された電気信号に対して位相調整を行う。また、移相器371は、信号処理部10により制御信号が生成された場合、当該制御信号に従って、上記位相調整を行う。 The phase shifter 371 performs phase adjustment on the electrical signal generated by the reference signal source 2 . Further, when a control signal is generated by the signal processing section 10, the phase shifter 371 performs the phase adjustment according to the control signal.

位相比較器372は、移相器371による位相調整後の電気信号と、信号増幅器36による増幅後の電気信号との位相誤差を検出する。 The phase comparator 372 detects a phase error between the electrical signal after phase adjustment by the phase shifter 371 and the electrical signal after amplification by the signal amplifier 36 .

ループフィルタ373は、位相比較器372により検出された位相誤差を示す信号(位相比較信号)を平滑する。 The loop filter 373 smoothes the signal (phase comparison signal) indicating the phase error detected by the phase comparator 372 .

VCO374は、ループフィルタ373による平滑後の位相比較信号に基づいて、信号増幅器36による増幅後の電気信号の周波数を移相器371による位相調整後の電気信号の周波数と等しくするための高周波信号を生成する。このVCO374により生成された高周波信号である位相誤差補償信号(位相同期の確立後の電気信号)は、位相変調器31に出力される。 The VCO 374 generates a high-frequency signal for equalizing the frequency of the electrical signal amplified by the signal amplifier 36 with the frequency of the electrical signal after phase adjustment by the phase shifter 371, based on the phase comparison signal smoothed by the loop filter 373. Generate. A phase error compensation signal (an electrical signal after establishing phase synchronization), which is a high-frequency signal generated by the VCO 374 , is output to the phase modulator 31 .

なお、信号増幅器36及び位相同期回路37は、「光受信部35により得られたビート信号に基づいて、当該ビート信号を基準信号に同期させるよう位相変調部における変調量を制御する位相制御部」に相当する。 It should be noted that the signal amplifier 36 and the phase synchronization circuit 37 are "a phase control section that controls the amount of modulation in the phase modulation section so as to synchronize the beat signal with the reference signal based on the beat signal obtained by the optical receiving section 35." corresponds to

バンドパスフィルタ38は、光受信部35により得られた電気信号のうち、特定の周波数帯の信号を遮断する。すなわち、バンドパスフィルタ38は、光受信部35により得られた電気信号のうち、信号光及び局発光のヘテロダイン検波によって生じるビート信号を遮断する。 The bandpass filter 38 blocks signals in a specific frequency band among the electrical signals obtained by the optical receiver 35 . That is, the band-pass filter 38 cuts off beat signals generated by heterodyne detection of signal light and local light among the electrical signals obtained by the optical receiver 35 .

光増幅器4は、光源部1により出力された局発光を増幅する。具体的には、光増幅器4は、1×2カプラ13により得られた局発光を増幅する。光増幅器4は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA)である。 The optical amplifier 4 amplifies local light emitted from the light source unit 1 . Specifically, the optical amplifier 4 amplifies local light obtained by the 1×2 coupler 13 . The optical amplifier 4 is, for example, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA).

光フェーズドアレイ光学部5は、素子ユニット部3による位相同期の確立後の信号光を光増幅器4による増幅後の局発光と合波した上で空間に出射する。また、光フェーズドアレイ光学部5には、対象となる衛星からの到来光(信号光)が入射される。光フェーズドアレイ光学部5は、図3に示すように、ファイバコリメータ51、ファイバコリメータアレイ52及びビームスプリッタ53を備える。 The optical phased array optical unit 5 multiplexes the signal light after establishing phase synchronization by the element unit unit 3 with the local light after being amplified by the optical amplifier 4, and emits the combined light into space. Also, incoming light (signal light) from a target satellite is incident on the optical phased array optical unit 5 . The optical phased array optical section 5 includes a fiber collimator 51, a fiber collimator array 52 and a beam splitter 53, as shown in FIG.

ファイバコリメータ51は、光増幅器4による増幅後の局発光を平行光にする。 The fiber collimator 51 collimates the local light amplified by the optical amplifier 4 .

ファイバコリメータアレイ52は、ファイバコリメータがアレイ状に配置されることで構成される送受一体型の素子である。ファイバコリメータアレイ52は、ファイバコリメータの端面で、偏波保持サーキュレータ33により出力された信号光とビームスプリッタ53により反射された局発光とを合波する。そして、ファイバコリメータアレイ52は、上記合波後の光のうちの一部を、ファイバコリメータの端面でフレネル反射する。ファイバコリメータアレイ52により反射された光は、偏波保持サーキュレータ33に出力される。また、ファイバコリメータアレイ52は、上記合波後の光のうちの残りを、平行光とする。また、ファイバコリメータアレイ52は、ビームスプリッタ53を通過した衛星からの信号光を通過させる。 The fiber collimator array 52 is an integrated transmitting/receiving element configured by arranging fiber collimators in an array. The fiber collimator array 52 multiplexes the signal light output from the polarization maintaining circulator 33 and the local light reflected from the beam splitter 53 at the end face of the fiber collimator. Then, the fiber collimator array 52 Fresnel-reflects part of the combined light on the end face of the fiber collimator. Light reflected by the fiber collimator array 52 is output to the polarization maintaining circulator 33 . Also, the fiber collimator array 52 converts the rest of the combined light into parallel light. Also, the fiber collimator array 52 passes the signal light from the satellite that has passed through the beam splitter 53 .

ビームスプリッタ53は、入射された光を反射又は通過させる。このビームスプリッタ53は、ファイバコリメータ51により平行光とされた局発光を、ファイバコリメータアレイ52側へと反射する。また、ビームスプリッタ53は、ファイバコリメータアレイ52により平行光とされた光を、空間に出射する。また、ビームスプリッタ53は、衛星からの信号光を通過させる。 The beam splitter 53 reflects or passes incident light. The beam splitter 53 reflects local light collimated by the fiber collimator 51 toward the fiber collimator array 52 . Also, the beam splitter 53 emits the light collimated by the fiber collimator array 52 into space. Also, the beam splitter 53 passes signal light from the satellite.

信号処理部6は、素子ユニット部3から出力された信号に対して2つの処理を行う。すなわち、信号処理部6は、バンドパスフィルタ38により得られた電気信号(ベースバンド信号)に基づいて、ベースバンドの揺らぎを検出する。また、信号処理部6は、バンドパスフィルタ38により得られた電気信号(ベースバンド信号)に基づいて、衛星からの信号光の受信強度を検出する。 The signal processing section 6 performs two processes on the signal output from the element unit section 3 . That is, the signal processing unit 6 detects baseband fluctuations based on the electrical signal (baseband signal) obtained by the bandpass filter 38 . Also, the signal processing unit 6 detects the received intensity of the signal light from the satellite based on the electric signal (baseband signal) obtained by the bandpass filter 38 .

ループフィルタ7は、信号処理部6により検出されたベースバンドの揺らぎに基づいて、当該揺らぎを抑制(低減)するように、基準光源11への注入電流を制御する。これにより、ループフィルタ7は、基準光源11により出力される光の位相を制御する。 Based on the baseband fluctuation detected by the signal processing unit 6, the loop filter 7 controls the injection current to the reference light source 11 so as to suppress (reduce) the fluctuation. Thereby, the loop filter 7 controls the phase of the light output by the reference light source 11 .

この際、まず、ループフィルタ7は、信号処理部6より検出されたベースバンドの揺らぎを示す情報を取得する。そして、ループフィルタ7は、取得した情報からベースバンドの揺らぎの有無を判定する。そして、ループフィルタ7は、ベースバンドの揺らぎが有ると判定した場合、基準光源11への注入電流を制御することで基準光源11の光の位相を制御するように、基準光源11に信号を送信し、処理を終了する。一方、ループフィルタ7は、ベースバンドの揺らぎが無いと判定した場合、そのまま処理を終了する。 At this time, first, the loop filter 7 acquires information indicating the baseband fluctuation detected from the signal processing unit 6 . Then, the loop filter 7 determines whether or not there is fluctuation in the baseband from the acquired information. Then, when the loop filter 7 determines that there is fluctuation in the baseband, it transmits a signal to the reference light source 11 so as to control the phase of the light from the reference light source 11 by controlling the injection current to the reference light source 11. and terminate the process. On the other hand, when the loop filter 7 determines that there is no fluctuation in the baseband, it ends the processing.

衛星軌道情報送信部8は、軌道要素に基づく衛星の軌道情報を信号処理部10に送信する。 The satellite orbital information transmission unit 8 transmits satellite orbital information based on orbital elements to the signal processing unit 10 .

ジンバル9は、衛星の軌道情報に基づいて、光フェーズドアレイ光学部5を内蔵した望遠鏡(不図示)を支えるアジマス及びエレベーションの動作を制御し、空間に出射する信号光の走査を行う。また、ジンバル9は、信号処理部10により制御信号が生成された場合、当該制御信号に従って、望遠鏡を支えるアジマス及びエレベーションの動作を制御する。 The gimbal 9 controls the azimuth and elevation operations supporting the telescope (not shown) containing the optical phased array optical unit 5 based on the orbital information of the satellite, and scans the signal light emitted into space. Further, when a control signal is generated by the signal processing unit 10, the gimbal 9 controls the azimuth and elevation operations supporting the telescope according to the control signal.

信号処理部10は、信号処理部6により検出された信号光の受信強度及び衛星軌道情報送信部8により算出された軌道情報に基づいて、位相同期回路37が有する移相器371及びジンバル9に対する制御を行うための制御信号を生成する。これにより、信号処理部10は、衛星の捕捉追尾を行う。信号処理部10は、図4に示すように、強度取得部101、重心演算部102、照射位置推定部103、予測部104及び捕捉追尾部105を備える。 Based on the received intensity of the signal light detected by the signal processing unit 6 and the orbital information calculated by the satellite orbital information transmitting unit 8, the signal processing unit 10 controls the phase shifter 371 of the phase synchronization circuit 37 and the gimbal 9. Generate control signals for control. Thereby, the signal processing unit 10 acquires and tracks the satellite. The signal processing unit 10 includes an intensity obtaining unit 101, a barycenter computing unit 102, an irradiation position estimating unit 103, a predicting unit 104, and a capture and tracking unit 105, as shown in FIG.

強度取得部101は、信号処理部6により検出された信号光の受信強度を取得する。 The intensity acquisition unit 101 acquires the reception intensity of signal light detected by the signal processing unit 6 .

重心演算部102は、強度取得部101により取得された受信強度に基づいて、ファイバコリメータアレイ52における当該受信強度の重心を演算する。 The center-of-gravity calculator 102 calculates the center of gravity of the received intensities in the fiber collimator array 52 based on the received intensities acquired by the intensity acquirer 101 .

照射位置推定部103は、重心演算部102により演算された重心に基づいて、ファイバコリメータアレイ52が有するファイバコリメータに入射された信号光の照射位置を推定する。 The irradiation position estimation unit 103 estimates the irradiation position of the signal light incident on the fiber collimator of the fiber collimator array 52 based on the center of gravity calculated by the center of gravity calculation unit 102 .

予測部104は、照射位置推定部103により推定された照射位置に基づいて、衛星の動きを予測する。 A prediction unit 104 predicts the motion of the satellite based on the irradiation position estimated by the irradiation position estimation unit 103 .

捕捉追尾部105は、予測部104による予測結果及び衛星の軌道情報に基づいて、位相同期回路37が有する移相器371及びジンバル9の制御を行うことで当該衛星の補足追尾を行う。この際、捕捉追尾部105は、予測部104による予測結果を衛星軌道情報と比較し、捕捉追尾の補正の要否を判定する。すなわち、捕捉追尾部105は、もともとの軌道情報に基づいて実施されているジンバル9の制御に対し、追加で制御が必要か否かを判定する。そして、捕捉追尾部105は、捕捉追尾の補正が必要と判定した場合、位相同期回路37が有する移相器371及びジンバル9の制御を行う。一方、捕捉追尾部105は、捕捉追尾の補正が不要と判定した場合には、そのまま処理を終了する。 The acquisition and tracking unit 105 performs supplementary tracking of the satellite by controlling the phase shifter 371 and the gimbal 9 of the phase synchronization circuit 37 based on the prediction result from the prediction unit 104 and the orbital information of the satellite. At this time, the acquisition/tracking unit 105 compares the prediction result by the prediction unit 104 with the satellite orbit information, and determines whether acquisition/tracking correction is necessary. That is, the acquisition/tracking unit 105 determines whether additional control is necessary for the control of the gimbal 9 that is being performed based on the original trajectory information. Then, when the acquisition/tracking unit 105 determines that acquisition/tracking correction is necessary, it controls the phase shifter 371 and the gimbal 9 included in the phase synchronization circuit 37 . On the other hand, when the acquisition/tracking unit 105 determines that the acquisition/tracking correction is not necessary, the process ends.

次に、実施の形態1における信号処理部6及びループフィルタ7の動作例について、図5を参照しながら説明する。
図5に示すように、まず、信号処理部6は、光フェーズドアレイ光学部5により反射された信号光と衛星から光フェーズドアレイ光学部5に入射された信号光とのホモダイン検波による受信信号(ベースバンド信号)を取得する(ステップST501)。ここで、光フェーズドアレイ光学部5により反射された信号光の波長と、衛星から光フェーズドアレイ光学部5に入射された信号光の波長は同波長であり、ベースバンド信号を得ることができる。
次いで、信号処理部6は、上記ベースバンド信号から、ベースバンドの揺らぎを検出する(ステップST502)。このベースバンドの揺らぎは、両者の信号光の位相揺らぎに起因する。
次いで、ループフィルタ7は、上記揺らぎを示す情報から、ベースバンドの揺らぎが有ると判定した場合、当該揺らぎを低減するように基準光源11への注入電流を制御することで、基準光源11の位相を制御する(ステップST503,504)。一方、ループフィルタ7は、ベースバンドの揺らぎが無いと判定した場合、そのまま処理を終了する。
Next, an operation example of the signal processing unit 6 and the loop filter 7 in Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, first, the signal processing unit 6 generates a received signal ( baseband signal) is acquired (step ST501). Here, the wavelength of the signal light reflected by the optical phased array optical section 5 and the wavelength of the signal light incident on the optical phased array optical section 5 from the satellite are the same wavelength, and a baseband signal can be obtained.
Next, signal processing section 6 detects baseband fluctuations from the baseband signal (step ST502). This baseband fluctuation is caused by the phase fluctuation of both signal lights.
Next, when the loop filter 7 determines that there is baseband fluctuation from the information indicating the fluctuation, the loop filter 7 controls the current injected to the reference light source 11 so as to reduce the fluctuation, thereby reducing the phase of the reference light source 11. is controlled (steps ST503 and ST504). On the other hand, when the loop filter 7 determines that there is no fluctuation in the baseband, it ends the processing.

このように、実施の形態1に係る光空間通信装置は、ベースバンドの揺らぎをモニタリングしながら当該揺らぎを低減するように基準光源11への注入電流を制御することで、受信信号の位相雑音を低減可能となり、位相同期精度の劣化を抑制可能となる。 As described above, the free-space optical communication device according to the first embodiment controls the current injected into the reference light source 11 so as to reduce the fluctuation while monitoring the fluctuation of the baseband, thereby reducing the phase noise of the received signal. can be reduced, and deterioration of phase synchronization accuracy can be suppressed.

次に、実施の形態1における信号処理部10の動作例について、図6を参照しながら説明する。
信号処理部10は、光空間通信装置が衛星の高精度な捕捉追尾を行うため、信号光の走査を制御する。前提として、ジンバル9は、事前に取得した衛星軌道情報に従って、望遠鏡を支えるアジマス及とエレベーションの動作を制御しているものとする。
Next, an operation example of the signal processing unit 10 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
The signal processing unit 10 controls scanning of the signal light so that the optical space communication device can acquire and track the satellite with high precision. It is assumed that the gimbal 9 controls the azimuth and elevation operations that support the telescope according to satellite orbit information obtained in advance.

この場合、図6に示すように、まず、強度取得部101は、信号処理部6により検出された信号光の受信強度を取得する(ステップST601)。すなわち、強度取得部101は、ファイバコリメータアレイ52が有するファイバコリメータ毎の信号光の受信強度を取得する。 In this case, as shown in FIG. 6, intensity acquisition section 101 first acquires the reception intensity of the signal light detected by signal processing section 6 (step ST601). That is, the intensity acquisition unit 101 acquires the received intensity of signal light for each fiber collimator included in the fiber collimator array 52 .

次いで、重心演算部102は、強度取得部101により取得された受信強度に基づいて、ファイバコリメータアレイ52における当該受信強度の重心を演算する(ステップST602)。図7に示すように、重心演算部102は、ファイバコリメータアレイ52が有するファイバコリメータ毎の信号光の受信強度から当該受信強度の重心を得ることができる。図7において符号701は、ファイバコリメータアレイ52に入射された信号光(受信信号)を示している。 Next, the center of gravity computing section 102 computes the center of gravity of the received intensity in the fiber collimator array 52 based on the received intensity acquired by the intensity acquiring section 101 (step ST602). As shown in FIG. 7, the centroid calculator 102 can obtain the centroid of the received intensity from the received intensity of the signal light for each fiber collimator of the fiber collimator array 52 . Reference numeral 701 in FIG. 7 indicates signal light (received signal) incident on the fiber collimator array 52 .

次いで、照射位置推定部103は、重心演算部102により演算された重心に基づいて、ファイバコリメータアレイ52が有するファイバコリメータに入射された信号光の照射位置を推定する(ステップST603)。 Next, irradiation position estimation section 103 estimates the irradiation position of the signal light incident on the fiber collimator of fiber collimator array 52 based on the center of gravity calculated by center of gravity calculation section 102 (step ST603).

次いで、予測部104は、照射位置推定部103により推定された照射位置に基づいて、衛星の動きを予測する(ステップST604)。 Next, prediction section 104 predicts the motion of the satellite based on the irradiation position estimated by irradiation position estimation section 103 (step ST604).

次いで、捕捉追尾部105は、予測部104による予測結果及び衛星の軌道情報に基づいて、位相同期回路37が有する移相器371及びジンバル9の協調制御を行うことで当該衛星の補足追尾を行う。この際、捕捉追尾部105は、予測部104による予測結果を軌道情報と比較し、捕捉追尾の補正が必要であるかを判定する(ステップST605)。すなわち、捕捉追尾部105は、もともとの軌道情報に基づいて実施されているジンバル9の動作制御に対し、追加で制御が必要か否かを判定する。そして、捕捉追尾部105は、捕捉追尾の補正が必要と判定した場合、位相同期回路37が有する移相器371及びジンバル9の制御を行う(ステップST606)。一方、捕捉追尾部105は、捕捉追尾の補正が不要と判定した場合には、そのまま処理を終了する。 Next, the acquisition and tracking unit 105 performs supplemental tracking of the satellite by cooperatively controlling the phase shifter 371 and the gimbal 9 of the phase synchronization circuit 37 based on the prediction result from the prediction unit 104 and the satellite orbit information. . At this time, acquisition/tracking section 105 compares the prediction result of prediction section 104 with the trajectory information, and determines whether correction of acquisition/tracking is necessary (step ST605). That is, the acquisition/tracking unit 105 determines whether or not additional control is necessary for the operation control of the gimbal 9 that has been performed based on the original trajectory information. Then, when acquisition/tracking section 105 determines that acquisition/tracking correction is necessary, it controls phase shifter 371 and gimbal 9 of phase synchronization circuit 37 (step ST606). On the other hand, when the acquisition/tracking unit 105 determines that acquisition/tracking correction is not necessary, the process ends.

ここで、捕捉追尾部105は、移相器371によって、光の位相を制御することで、ビームの指向角を制御可能(電子走査可能)となる。また、捕捉追尾部105は、ジンバル9によるアジマスとエレベーションの動作の制御によって、ビームの指向角を制御可能となる。よって、捕捉追尾部105は、移相器371及びジンバル9を協調して制御することで、ビームの指向角を柔軟に制御可能となる。この際、捕捉追尾部105は、ジンバル9により粗追尾を行い、移相器371によって精追尾を行うことで、高精度に追尾可能となる。すなわち、捕捉追尾部105は、ジンバル9により、軌道情報に基づいて、衛星にビームが当たるようにビームを走査する。また、光空間通信装置では、通信信号を付与したビームを、対象となる衛星が有する検出器(不図示)に高精度に照射する必要がある。そのため、捕捉追尾部105は、移相器371により、光フェーズドアレイ光学部5の相対位相制御を行うことでビームを走査する。 Here, the acquisition/tracking unit 105 can control the beam orientation angle (electronic scanning) by controlling the phase of the light with the phase shifter 371 . Also, the acquisition/tracking unit 105 can control the directivity angle of the beam by controlling the azimuth and elevation operations of the gimbal 9 . Therefore, the capture/tracker 105 can flexibly control the directivity angle of the beam by cooperatively controlling the phase shifter 371 and the gimbal 9 . At this time, the capture/tracking unit 105 performs rough tracking with the gimbal 9 and fine tracking with the phase shifter 371, thereby enabling highly accurate tracking. That is, the acquisition/tracking unit 105 scans the beam with the gimbal 9 based on the orbital information so that the beam hits the satellite. Further, in the optical space communication device, it is necessary to irradiate a beam attached with a communication signal to a detector (not shown) of a target satellite with high precision. Therefore, the acquisition/tracking unit 105 scans the beam by performing relative phase control of the optical phased array optical unit 5 using the phase shifter 371 .

このように、実施の形態1に係る光空間通信装置は、衛星の動きを推定し、その推定結果から、光フェーズドアレイ光学部5によるビーム走査角制御及び望遠鏡の指向制御を協調して制御する。これにより、この光空間通信装置は、広範囲かつ高精度な捕捉追尾が可能となる。 As described above, the optical space communication apparatus according to Embodiment 1 estimates the movement of the satellite, and cooperatively controls the beam scanning angle control by the optical phased array optical unit 5 and the pointing control of the telescope from the estimation result. . As a result, this optical space communication device can acquire and track in a wide range and with high accuracy.

以上のように、この実施の形態1によれば、光空間通信装置は、注入電流に応じた光を出力する基準光源11と、基準光源11により出力された光を単一の局発光及び複数の信号光に分配する信号分配部と、信号分配部により得られた信号光に対して位相を変調する位相変調器31と、位相変調器31による変調後の信号光を増幅する光増幅器32と、光増幅器32による増幅後の信号光と信号分配部により得られた局発光とを合波して空間に出射する光フェーズドアレイ光学部5と、光増幅器32による増幅後の信号光及び信号分配部により得られた局発光からビート信号を得て、当該信号光及び衛星からの信号光からベースバンド信号を得る光受信部35と、光受信部35により得られたベースバンド信号に基づいて、ベースバンドの揺らぎを検出する信号処理部6と、信号処理部6により検出された揺らぎに基づいて、当該揺らぎを低減させるよう基準光源11への注入電流を制御するループフィルタ7と、光受信部35により得られたビート信号に基づいて、当該ビート信号を基準信号に同期させるよう位相変調部における変調量を制御する位相制御部と、光フェーズドアレイ光学部5の動作を制御するジンバル9と、衛星からの信号光及び衛星の軌道情報に基づいて、位相制御部及びジンバル9を制御して当該衛星の補足追尾を行う信号処理部10とを備えた。これにより、実施の形態1に係る光空間通信装置は、初期捕捉用の光を用いずに、リアルタイムに衛星の補足追尾が可能となる。また、実施の形態1に係る光空間通信装置は、従来構成に対し、部品点数を削減できる。 As described above, according to the first embodiment, the optical space communication device includes the reference light source 11 that outputs light corresponding to the injected current, and the light output from the reference light source 11 as a single local light and a plurality of lights. , a phase modulator 31 that modulates the phase of the signal light obtained by the signal splitter, and an optical amplifier 32 that amplifies the signal light after modulation by the phase modulator 31. , an optical phased array optical unit 5 that multiplexes the signal light after amplification by the optical amplifier 32 and the local light obtained by the signal distribution unit and emits it into space, and the signal light after amplification by the optical amplifier 32 and signal distribution An optical receiver 35 that obtains a beat signal from the local light obtained by the unit, obtains a baseband signal from the signal light and the signal light from the satellite, and based on the baseband signal obtained by the optical receiver 35, A signal processing unit 6 for detecting fluctuations in the baseband, a loop filter 7 for controlling the injection current to the reference light source 11 to reduce the fluctuations based on the fluctuations detected by the signal processing unit 6, and an optical receiving unit. a phase control unit that controls the modulation amount in the phase modulation unit so as to synchronize the beat signal with the reference signal based on the beat signal obtained by 35; a gimbal 9 that controls the operation of the optical phased array optical unit 5; A signal processing unit 10 is provided for controlling a phase control unit and a gimbal 9 based on the signal light from the satellite and the orbital information of the satellite to perform supplementary tracking of the satellite. As a result, the free-space optical communication apparatus according to Embodiment 1 can perform supplemental satellite tracking in real time without using light for initial acquisition. In addition, the optical space communication device according to Embodiment 1 can reduce the number of parts compared to the conventional configuration.

最後に、図8を参照して、実施の形態1に係る光空間通信装置のハードウェア構成例を説明する。
光空間通信装置における信号処理部6、ループフィルタ7及び信号処理部10の各機能は、処理回路501により実現される。処理回路501は、図8Aに示すように、専用のハードウェアであってもよいし、図8Bに示すように、メモリ503に格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はDSP(Digital Signal Processor)ともいう)502であってもよい。
Finally, a hardware configuration example of the free-space optical communication device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
Each function of the signal processing section 6 , the loop filter 7 and the signal processing section 10 in the free space optical communication device is realized by the processing circuit 501 . The processing circuit 501 may be dedicated hardware, as shown in FIG. 8A, or a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, It may be a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor) 502 .

処理回路501が専用のハードウェアである場合、処理回路501は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、又はこれらを組み合わせたものが該当する。信号処理部6、ループフィルタ7及び信号処理部10の各部の機能それぞれを処理回路501で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路501で実現してもよい。 When the processing circuit 501 is dedicated hardware, the processing circuit 501 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate). Array), or a combination thereof. The functions of the signal processing unit 6, the loop filter 7, and the signal processing unit 10 may be implemented individually by the processing circuit 501, or the functions of the respective units may be collectively implemented by the processing circuit 501. FIG.

処理回路501がCPU502の場合、信号処理部6、ループフィルタ7及び信号処理部10の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ503に格納される。処理回路501は、メモリ503に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、光空間通信装置は、処理回路501により実行されるときに、例えば図5,6に示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ503を備える。また、これらのプログラムは、信号処理部6、ループフィルタ7及び信号処理部10の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ503としては、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はDVD(Digital Versatile Disc)等が該当する。 When the processing circuit 501 is the CPU 502, the functions of the signal processing section 6, the loop filter 7 and the signal processing section 10 are implemented by software, firmware, or a combination of software and firmware. Software and firmware are written as programs and stored in the memory 503 . The processing circuit 501 reads out and executes a program stored in the memory 503 to realize the function of each unit. That is, the optical space communication device includes a memory 503 for storing a program that, when executed by the processing circuit 501, results in execution of the steps shown in FIGS. 5 and 6, for example. It can also be said that these programs cause a computer to execute the procedures and methods of the signal processing section 6, the loop filter 7, and the signal processing section 10. FIG. Here, as the memory 503, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically EPROM), Magnetic discs, flexible discs, optical discs, compact discs, mini discs, DVDs (Digital Versatile Discs), and the like are applicable.

なお、信号処理部6、ループフィルタ7及び信号処理部10の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、信号処理部6については専用のハードウェアとしての処理回路501でその機能を実現し、ループフィルタ7及び信号処理部10については処理回路501がメモリ503に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。 The functions of the signal processing unit 6, the loop filter 7, and the signal processing unit 10 may be partially implemented by dedicated hardware and partially implemented by software or firmware. For example, the function of the signal processing unit 6 is realized by a processing circuit 501 as dedicated hardware, and the processing circuit 501 reads and executes programs stored in the memory 503 for the loop filter 7 and the signal processing unit 10. It is possible to realize the function by

このように、処理回路501は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。 Thus, the processing circuit 501 can implement each function described above by means of hardware, software, firmware, or a combination thereof.

なお、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that any component of the embodiment can be modified, or any component of the embodiment can be omitted.

本開示に係る光空間通信装置は、リアルタイムに衛星の補足追尾が可能となり、衛星との間で通信を行う光空間通信装置等に用いるのに適している。 A space optical communication device according to the present disclosure enables supplemental tracking of a satellite in real time, and is suitable for use as a space optical communication device or the like that communicates with a satellite.

1 光源部、2 基準信号発生源、3 素子ユニット部、4 光増幅器、5 光フェーズドアレイ光学部、6 信号処理部(第1の信号処理部)、7 ループフィルタ、8 衛星軌道情報送信部、9 ジンバル、10 信号処理部(第2の信号処理部)、11 基準光源、12 伝送光源、13 1×2カプラ、14 波長多重カプラ、15 強度変調器、16 2×1波長多重カプラ、17 信号分配用カプラ、31 位相変調器(位相変調部)、32 光増幅器(光増幅部)、33 偏波保持サーキュレータ、34 DWDMフィルタ、35 光受信部、36 信号増幅器、37 位相同期回路、38 バンドパスフィルタ、51 ファイバコリメータ、52 ファイバコリメータアレイ、53 ビームスプリッタ、101 強度取得部、102 重心演算部、103 照射位置推定部、104 予測部、105 捕捉追尾部、371 移相器、372 位相比較器、373 ループフィルタ、374 VCO、501 処理回路、502 CPU、503 メモリ。 1 light source unit, 2 reference signal generation source, 3 element unit unit, 4 optical amplifier, 5 optical phased array optical unit, 6 signal processing unit (first signal processing unit), 7 loop filter, 8 satellite orbit information transmission unit, 9 gimbal, 10 signal processor (second signal processor), 11 reference light source, 12 transmission light source, 13 1×2 coupler, 14 wavelength multiplex coupler, 15 intensity modulator, 16 2×1 wavelength multiplex coupler, 17 signal Distributing coupler, 31 phase modulator (phase modulation section), 32 optical amplifier (optical amplification section), 33 polarization maintaining circulator, 34 DWDM filter, 35 optical receiving section, 36 signal amplifier, 37 phase synchronization circuit, 38 band pass filter, 51 fiber collimator, 52 fiber collimator array, 53 beam splitter, 101 intensity acquisition unit, 102 center of gravity calculation unit, 103 irradiation position estimation unit, 104 prediction unit, 105 acquisition and tracking unit, 371 phase shifter, 372 phase comparator, 373 loop filter, 374 VCO, 501 processing circuit, 502 CPU, 503 memory.

Claims (2)

注入電流に応じた光を出力する基準光源と、
前記基準光源により出力された光を単一の局発光及び複数の信号光に分配する信号分配部と、
前記信号分配部により得られた信号光に対して位相を変調する位相変調部と、
前記位相変調部による変調後の信号光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部による増幅後の信号光と前記信号分配部により得られた局発光とを合波して空間に出射する光フェーズドアレイ光学部と、
前記光増幅部による増幅後の信号光及び前記信号分配部により得られた局発光からビート信号を得て、当該信号光及び衛星からの信号光からベースバンド信号を得る光受信部と、
前記光受信部により得られたベースバンド信号に基づいて、ベースバンドの揺らぎを検出する第1の信号処理部と、
前記第1の信号処理部により検出された揺らぎに基づいて、当該揺らぎを低減させるよう前記基準光源への注入電流を制御するループフィルタと、
前記光受信部により得られたビート信号に基づいて、当該ビート信号を基準信号に同期させるよう前記位相変調部における変調量を制御する位相制御部と、
前記光フェーズドアレイ光学部の動作を制御するジンバルと、
前記衛星からの信号光及び前記衛星の軌道情報に基づいて、前記位相制御部及び前記ジンバルを制御して当該衛星の補足追尾を行う第2の信号処理部とを備え、
前記光フェーズドアレイ光学部は、前記衛星からの信号光が入射される複数のファイバコリメータからなるファイバコリメータアレイを有し、
前記第2の信号処理部は、
前記ファイバコリメータに入射された信号光の受信強度を取得する強度取得部と、
前記強度取得部により取得された受信強度に基づいて、前記ファイバコリメータアレイにおける当該受信強度の重心を演算する重心演算部と、
前記重心演算部により演算された重心に基づいて、前記ファイバコリメータに入射された信号光の照射位置を推定する照射位置推定部と、
前記照射位置推定部により推定された照射位置に基づいて、前記衛星の動きを予測する予測部と、
前記予測部による予測結果及び前記衛星の軌道情報に基づいて、前記位相制御部及び前記ジンバルを制御して当該衛星の補足追尾を行う捕捉追尾部とを有する
ことを特徴とする光空間通信装置。
a reference light source that outputs light corresponding to the injected current;
a signal distribution unit that distributes the light output from the reference light source into a single local light and a plurality of signal lights;
a phase modulation unit that modulates the phase of the signal light obtained by the signal distribution unit;
an optical amplifier that amplifies the signal light modulated by the phase modulator;
an optical phased array optical unit that multiplexes the signal light amplified by the optical amplification unit and the local light obtained by the signal distribution unit and emits the combined light into space;
an optical receiver that obtains a beat signal from the signal light amplified by the optical amplifier and local light obtained from the signal distributor, and obtains a baseband signal from the signal light and the signal light from the satellite;
a first signal processing unit that detects baseband fluctuations based on the baseband signal obtained by the optical receiving unit;
a loop filter that controls the injection current to the reference light source so as to reduce the fluctuation based on the fluctuation detected by the first signal processing unit;
a phase control unit that controls the amount of modulation in the phase modulation unit so as to synchronize the beat signal with a reference signal based on the beat signal obtained by the optical reception unit;
a gimbal for controlling the operation of the optical phased array optics;
a second signal processing unit that controls the phase control unit and the gimbal to perform supplemental tracking of the satellite based on the signal light from the satellite and the orbit information of the satellite;
The optical phased array optical unit has a fiber collimator array composed of a plurality of fiber collimators into which signal light from the satellite is incident,
The second signal processing unit is
an intensity acquisition unit that acquires the received intensity of the signal light incident on the fiber collimator;
a center-of-gravity computing unit that computes the center of gravity of the received intensity in the fiber collimator array based on the received intensity acquired by the intensity acquisition unit;
an irradiation position estimation unit that estimates an irradiation position of the signal light incident on the fiber collimator based on the center of gravity calculated by the center of gravity calculation unit;
a prediction unit that predicts the movement of the satellite based on the irradiation position estimated by the irradiation position estimation unit;
A free-space optical communication device, comprising: an acquisition and tracking unit that controls the phase control unit and the gimbal to perform supplemental tracking of the satellite based on the prediction result of the prediction unit and the orbit information of the satellite. .
前記光フェーズドアレイ光学部は、複数の素子からなる送受一体型のファイバコリメータアレイを有する
ことを特徴とする請求項1記載の光空間通信装置
2. The free-space optical communication device according to claim 1, wherein the optical phased array optical unit has a transmission/reception integrated fiber collimator array composed of a plurality of elements .
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