專利名稱：移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置及激光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光通信領(lǐng)域，尤其涉及移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置及激光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空間激光通信的基本原理是以激光束為載體，通過(guò)在激光束上調(diào)制模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間信息傳遞?，F(xiàn)有高速空間激光通信技術(shù)一般應(yīng)用于固定物體間的數(shù)據(jù)通信。其基本激光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示例，其包括激光發(fā)射裝置和與之對(duì)應(yīng)的激光接收裝置，激光發(fā)射裝置將調(diào)制好的激光信號(hào)發(fā)送到激光接收裝置。
如圖2所示，是現(xiàn)有技術(shù)中激光接收裝置的示意圖，從圖2中可見(jiàn)，該激光接收裝置包括激光接收單元和信號(hào)放大模塊，其中能夠完成高速激光通信的高速光至電轉(zhuǎn)換激光接收單元，采用各種光敏材料制作的光電轉(zhuǎn)換器件形成，一般采用半導(dǎo)體光敏二極管或者光敏三極管組成。他們共同的缺點(diǎn)是感光面積非常小，一般在幾個(gè)平方毫米以內(nèi)。感光面積稍微大一些的是硅光電池器件，面積可到幾個(gè)平方厘米，但是也比較小，并且其光至電轉(zhuǎn)換速度與半導(dǎo)體光敏二、三極管相比較低。
在物體間的空間激光通信中，由于激光的方向性很強(qiáng)，因此首先要保證激光發(fā)射裝置發(fā)射的激光束必須準(zhǔn)確對(duì)正激光接收裝置的感光部分。在固定(非移動(dòng))物體間完成這項(xiàng)操作是比較容易做到的。但是在移動(dòng)物體間，由于激光接收裝置的感光面積很小，做到準(zhǔn)確對(duì)正很難，甚至是幾乎不可能的事情了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置及激光通信系統(tǒng)，以降低激光發(fā)射裝置與激光接收裝置的對(duì)準(zhǔn)難度，同時(shí)還要保證激光通信的高速率。
為此本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置，包括激光接收單元和信號(hào)放大單元，所述的激光接收單元接收激光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后輸出，其特征在于所述的激光接收單元，為感光單元構(gòu)成的陣列。
所述的感光單元構(gòu)成的陣列，可以為感光單元規(guī)則排列構(gòu)成，也可以由感光單元非規(guī)則排列構(gòu)成。
所述的感光單元構(gòu)成的陣列，為矩形陣列、同心圓形陣列、交錯(cuò)形陣列、矩陣形陣列或者其它離散形陣列。
所述的感光單元，可以是下述器件之一或者組合光敏二極管、光敏三極管、硅光電池。
所述的陣列，為硅光電池組合成的電壓型陣列，所述的硅光電池異極相連。
所述的陣列，為光敏二極管組合成的電流型陣列，所述的光敏二極管同極相連。
所述的裝置，還包括帶通濾波電路，與信號(hào)放大電路相連，以濾除激光信號(hào)中的背光信號(hào)，并將濾除背光信號(hào)后的激光信號(hào)發(fā)送給放大電路。
一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信系統(tǒng)，包括產(chǎn)生并發(fā)射激光信號(hào)的激光發(fā)射裝置，以及激光接收裝置，所述的激光接收裝置包括激光接收單元和信號(hào)放大單元，所述的激光接收單元接收激光發(fā)射裝置發(fā)送的激光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后輸出，其特征在于所述的激光接收單元，為感光單元構(gòu)成的陣列。
所述激光接收裝置的感光單元構(gòu)成的陣列，可以為感光單元規(guī)則排列構(gòu)成，也可以由感光單元非規(guī)則排列構(gòu)成。
所述的激光接收裝置的感光單元構(gòu)成的陣列，為矩形陣列、同心圓形陣列、交錯(cuò)形陣列、矩陣形陣列或者其它離散形陣列。
所述的激光接收裝置的感光單元，可以是下述器件之一或者組合光敏二極管、光敏三極管、硅光電池。
采用本發(fā)明的激光接收裝置，由于激光接收面積通過(guò)感光單元陣列的擴(kuò)展，可以做到很大，因此可以很方便的解決兩個(gè)移動(dòng)物體間激光通信的“對(duì)準(zhǔn)”難題。
由于激光接收裝置采用半導(dǎo)體光敏二極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者半導(dǎo)體光敏三極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)，因此與其他光至電光敏材料或者器件(如硅光電池)相比，具有更高的通信速率。
由于激光接收裝置采用半導(dǎo)體光敏二極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者半導(dǎo)體光敏三極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)，因此與其他光至電光敏材料或者器件(如硅光電池)相比，具有更低的造價(jià)和成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中移動(dòng)物體間的激光通信系統(tǒng)的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中，采用非陣列式感光的激光通信接收裝置的示意圖；圖3為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光數(shù)字通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，激光接收單元的感光單元構(gòu)成陣列示意圖之一；圖6為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，激光接收單元的感光單元構(gòu)成陣列示意圖之二；圖7為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，激光接收單元的感光單元構(gòu)成陣列示意圖之三；
圖8為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，激光接收單元的感光單元構(gòu)成陣列示意圖之四；圖9為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，電流型激光接收單元之間的并聯(lián)連接方式示意圖；圖10為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，電壓型激光接收單元之間串連連接方式示意圖；圖11為本發(fā)明移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置中，光敏二極管和光敏三極管之間的等效替換示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖3所示，是本發(fā)明的激光通信系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示意圖，從圖中可見(jiàn)本發(fā)明的激光通信系統(tǒng)包括激光發(fā)射裝置和激光接收裝置，該激光發(fā)射裝置可以采用常規(guī)的技術(shù)方案。本發(fā)明對(duì)激光接收裝置作了一系列的改進(jìn)，由此可以降低激光發(fā)射裝置與激光接收裝置的對(duì)準(zhǔn)難度，同時(shí)保證了激光通信的高速率。
如圖4所示，是本發(fā)明的激光接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖4中可見(jiàn)，本發(fā)明的激光接收裝置由激光接收單元和信號(hào)放大單元組成。其中，信號(hào)放大單元由帶通濾波電路和信號(hào)放大電路組成。
在傳統(tǒng)的激光接收裝置中，該激光接收單元由普通的感光單元構(gòu)成，利用感光單元的光敏特性，接收激光信號(hào)，由于感光單元的感光面積有限，直接導(dǎo)致接收激光信號(hào)的效果不佳，本發(fā)明的激光接收單元，由感光單元組合的陣列構(gòu)成，這樣可以充分利用感光單元的陣列結(jié)構(gòu)來(lái)充分?jǐn)U充感光面積，大大提高系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明激光接收裝置中采用的激光接收單元，是感光單元構(gòu)成的陣列，經(jīng)過(guò)感光單元的并、串聯(lián)連接所形成激光接收單元。
本發(fā)明的激光接收單元中，對(duì)感光單元的陣列部署可以是規(guī)則的也可以是不規(guī)則的。規(guī)則的部署可以有多種方式，如圖5所示，可以是矩陣方式，或者如圖6所示，可以是同心圓方式，或者如圖7所示，是交錯(cuò)方式，或任何其他規(guī)則部署方式，在此不一一列舉。不規(guī)則部署是隨機(jī)的離散形的部署方式，如圖8所示。
在圖5--圖8所示的感光單元部署方式的示意圖中，感光單元的部署數(shù)量?jī)H為部署形式的示意，在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)方向部署的感光單元的數(shù)量可多可少，取決于應(yīng)用對(duì)整體感光面積需要，也取決于對(duì)部署密度的需要，如果激光光斑較小，相對(duì)部署密度要求就較大，感光單元的數(shù)量要求自然要增加。
本發(fā)明激光接收裝置所采用的感光單元，可以是半導(dǎo)體光敏二極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者半導(dǎo)體光敏三極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者硅光電池等。不同的感光單元具有不同的特性，具體選擇哪一種可以根據(jù)激光通信需要而定。
圖9和圖10是本發(fā)明感光單元構(gòu)成陣列時(shí)，所采用的具體連接方式，圖9和圖10中，標(biāo)有正負(fù)極性的圓形圖標(biāo)表示感光單元。
通常來(lái)講感光單元分為電壓型和電流型兩種，在實(shí)際應(yīng)用中，電壓型感光單元一般采用硅光電池元件，而電流型感光單元一般采用光敏二極管或者三極管做為感光單元。
對(duì)于電壓型感光單元組成的激光接收單元，其接收陣列采用串聯(lián)方式組合，如圖9所示。如果采用硅光電池做為激光接收單元，一個(gè)硅光電池的正極與另一個(gè)硅光電池的負(fù)極相連，依次類推，異極相連構(gòu)成串連接收陣列。采用硅光電池構(gòu)成的感光陣列，其響應(yīng)頻率較低，僅適用于低速信號(hào)傳送的應(yīng)用。
對(duì)于電流型感光單元構(gòu)成的激光接收單元，其接收陣列采用并聯(lián)方式組合，如圖10所示。需要說(shuō)明的是，在圖10的感光單元的正極(+)可以對(duì)應(yīng)光敏二極管的陽(yáng)極，也可以對(duì)應(yīng)陰極；相對(duì)應(yīng)的，接收單元的負(fù)極(-)可以對(duì)應(yīng)光敏二極管的陰極，也可以對(duì)應(yīng)陽(yáng)極，可以依據(jù)不同的應(yīng)用要求而定。總之，同極性端需要連接在一起作為接收陣列的一個(gè)輸出端。光敏二極管具有較高的頻率響應(yīng)特性，適合于對(duì)信號(hào)傳輸速率要求較高的應(yīng)用環(huán)境，其脈沖信號(hào)頻率依據(jù)光敏二極管的頻響特性設(shè)定，最高可達(dá)幾十MHz。
對(duì)于光敏三極管，可以按照?qǐng)D11所示，在感光單元的連接方式上，將其等效為光敏二極管來(lái)連接。采用光敏三極管所構(gòu)成的陣列，其光至電轉(zhuǎn)換靈敏度要比光敏二極管高2到3個(gè)數(shù)量級(jí)；但其響應(yīng)頻率要比光敏二極管低2到3個(gè)數(shù)量級(jí)，適用于對(duì)接收靈敏度要求較高但信號(hào)傳輸速率要求不高的應(yīng)用，其脈沖信號(hào)頻率依據(jù)光敏三極管的頻響特性設(shè)定，最高可達(dá)幾百KHz。
在激光接收單元所接收的光信號(hào)中，除了激光發(fā)射單元發(fā)射的光信號(hào)外，還有系統(tǒng)外自然界發(fā)出的各種雜散光信號(hào)。在這里，我們通稱這類雜散光為背景光，簡(jiǎn)稱“背光”。激光接收單元輸出給信號(hào)放大模塊的電信號(hào)是上述兩類光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。它包括了脈沖激光信號(hào)所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)和背光所產(chǎn)生的背光信號(hào)分量。
帶通濾波電路的作用是將脈沖激光信號(hào)經(jīng)光至電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)從激光接收陣列所產(chǎn)生的混合電信號(hào)中分離出來(lái)，濾除背光所產(chǎn)生的電信號(hào)分量。
信號(hào)放大電路的主要作用是對(duì)經(jīng)帶通濾波電路提取的微弱激光電脈沖信號(hào)進(jìn)行信號(hào)幅度放大和脈沖波形整形，并提供必要的功率增益。
本發(fā)明的激光通信系統(tǒng)和激光接收裝置，適合應(yīng)用于短距離(幾百米半徑以內(nèi))的移動(dòng)物體間的空間數(shù)據(jù)通信解決方案。
采用該空間激光通信系統(tǒng)和激光接收裝置，由于激光接收面積通過(guò)光敏器件陣列的擴(kuò)展，可以做到很大。因此可以很方便的解決兩個(gè)移動(dòng)物體間激光通信的“對(duì)準(zhǔn)”難題。
由于激光接收裝置采用半導(dǎo)體光敏二極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者半導(dǎo)體光敏三極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)，因此與其他光至電光敏材料或者器件(如硅光電池)相比，具有更高的通信速率。
由于激光接收裝置采用半導(dǎo)體光敏二極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)或者半導(dǎo)體光敏三極管器件(或者該器件中的核心光至電轉(zhuǎn)換部分)，因此與其他光至電光敏材料或者器件(如硅光電池)相比，具有更低的造價(jià)和成本。
現(xiàn)有技術(shù)中的激光接收裝置，由于其感光面積較小，通常在激光光斑覆蓋范圍之內(nèi)，因此其激光和背光的感光面積是基本相同的；又由于在單位感光面積中，自然界空間通常的背光信號(hào)能量要遠(yuǎn)小于激光信號(hào)能量，因此光至電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)是以激光信號(hào)分量為主，在信號(hào)放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大時(shí)，對(duì)背光信號(hào)分量的考慮不很重要，有時(shí)甚至可以忽略。然而，在激光接收裝置采用感光陣列時(shí)，由于感光陣列的面積遠(yuǎn)大于激光光斑的面積，而整個(gè)感光陣列的面積都是自然界空間背光信號(hào)的接收面積，因此對(duì)整個(gè)感光陣列來(lái)講，其所接收的背光信號(hào)能量將接近或者超過(guò)激光信號(hào)能量，因此光至電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)是激光信號(hào)分量和與其幅度接近甚至更大的背光信號(hào)分量的混合信號(hào)，在信號(hào)放大模塊中，對(duì)信號(hào)放大之前，就必須采用必要的手段對(duì)背光信號(hào)分量進(jìn)行有效的抑制。由于背光信號(hào)分量的頻率要遠(yuǎn)低于或遠(yuǎn)高于激光信號(hào)的頻段，因此可以采用常規(guī)的帶通濾波技術(shù)對(duì)背光信號(hào)分量進(jìn)行抑制，可以很大程度上簡(jiǎn)化信號(hào)放大模塊的設(shè)計(jì)難度和降低激光接收裝置的成本。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置，包括激光接收單元和信號(hào)放大單元，所述的激光接收單元接收激光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后輸出，其特征在于所述的激光接收單元，為感光單元構(gòu)成的陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的感光單元構(gòu)成的陣列，可以為感光單元規(guī)則排列構(gòu)成，也可以由感光單元非規(guī)則排列構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的感光單元構(gòu)成的陣列，為矩形陣列、同心圓形陣列、交錯(cuò)形陣列、矩陣形陣列或者其它離散形陣列。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的感光單元，可以是下述器件之一或者組合光敏二極管、光敏三極管、硅光電池。
5.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述的陣列，為硅光電池組合成的電壓型陣列，所述的硅光電池異極相連，構(gòu)成串連陣列。
6.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述的陣列，為光敏二極管組合成的電流型陣列，所述的光敏二極管同極相連，構(gòu)成并聯(lián)陣列。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括帶通濾波電路，與信號(hào)放大電路相連，以濾除激光信號(hào)中的背光信號(hào)，并將濾除背光信號(hào)后的激光信號(hào)發(fā)送給放大電路。
8.一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信系統(tǒng)，包括產(chǎn)生并發(fā)射激光信號(hào)的激光發(fā)射裝置，以及接收激光信號(hào)的激光接收裝置，所述的激光接收裝置包括激光接收單元和信號(hào)放大單元，所述的激光接收單元接收激光發(fā)射裝置發(fā)送的激光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后輸出，其特征在于所述的激光接收單元，為感光單元構(gòu)成的陣列。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述激光接收裝置的感光單元構(gòu)成的陣列，可以為感光單元規(guī)則排列構(gòu)成，也可以由感光單元非規(guī)則排列構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光接收裝置的感光單元構(gòu)成的陣列，為矩形陣列、同心圓形陣列、交錯(cuò)形陣列、矩陣形陣列或者其它離散形陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種移動(dòng)物體間高速空間激光通信接收裝置及激光通信系統(tǒng)，該激光接收裝置包括激光接收單元和信號(hào)放大單元，所述的激光接收單元接收激光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后輸出，其特征在于所述的激光接收單元，為感光單元構(gòu)成的陣列。采用本發(fā)明的激光接收裝置，由于激光接收面積通過(guò)感光單元陣列的擴(kuò)展，可以做到很大，因此可以很方便的解決兩個(gè)移動(dòng)物體間激光通信的“對(duì)準(zhǔn)”難題。
文檔編號(hào)H04B10/10GK1863009SQ200510069059
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者馬克 申請(qǐng)人:馬克