本發(fā)明屬于空間激光通信領域，尤其是涉及解決一種激光信號增強補償的裝置及方法。

背景技術：

空間激光通信由于激光的準直性、單一性、激光波長短、頻率高等特點，在信息安全和高速數據通信方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。經過多年的探索，空間激光通信領域已經取得了很多突破性的進展，并且突破了例如空對空、空對地、地對空等激光通信技術瓶頸。因此近年來空間激光通信的研究已經逐漸成為國內外研究熱點。2001年法國首次實現(xiàn)星際間的激光通信單工鏈路實驗。2005年法國衛(wèi)星上激光通信終端SILEX與日本激光通信終端LUCE建立通信鏈路。2007年4月和6月美國、德國分別發(fā)射載有相干激光終端的衛(wèi)星，并驗證了零差BPSK光通信技術在大氣信道中具有良好的性能?？臻g激光通信發(fā)展在經歷了理論研究、仿真模擬、關鍵技術攻關、研制原理樣機并演示實驗，再到多鏈路衛(wèi)星軌道實驗等研究步驟后，將朝向提高通信速率和轉變通信模式趨勢進行。因此中繼轉發(fā)，一對一，一對多和多對多的空間通信模式將在空間激光通信領域起到更加重要的作用?，F(xiàn)有的空間通信轉發(fā)系統(tǒng)主要由光學天線接收發(fā)射、控制平臺這兩部分構成，其工作過程僅對接收到的光信號進行轉發(fā)傳輸，其在空間傳輸中易出現(xiàn)較大誤碼率(即誤碼率BER高于10^-7)，激光信號傳輸質量差且傳輸距離較短。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明旨在提供一種激光信號增強補償的裝置及方法，側重于空間激光通信中激光信號的增強補償，以解決市場對于激光器在空間中誤碼率高、傳輸效率低、傳輸距離短等問題。

(二)技術方案

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種激光信號增強補償的裝置，包括接收天線和至少一個發(fā)送天線，還包括光電探測器、處理器、和激光器陣列；在所述接收天線和所述至少一個發(fā)送天線之間依次串聯(lián)有光電探測器、處理器、和激光器陣列；所述接收天線接收需要轉發(fā)的第一激光信號，并傳輸給所述光電探測器；所述光電探測器將所述第一激光信號轉換為第一電信號傳輸給處理器；所述處理器對所述第一電信號進行處理，識別所述第一電信號中需要發(fā)送的位置信息，并輸出與所述第一電信號中數據信息完全相同但信號強度高于第一電信號的第二電信號，并反饋至所述激光器陣列；所述激光器陣列產生激光載波，將所述第二電信號加載到所述激光載波上，生成第二激光信號，并傳輸給所述至少一個發(fā)送天線；所述至少一個發(fā)送天線根據所述處理器識別的第一電信號中需要發(fā)送的位置信息發(fā)送所述第二激光信號。

所述處理器包括濾波模塊、識別模塊和觸發(fā)信號源模塊：所述濾波模塊用于對第一電信號進行濾波。所述識別模塊用于識別第一電信號中需要發(fā)送的位置信息；所述觸發(fā)信號源模塊用于產生與第一電信號中數據信息完全相同但信號強度高于第一電信號的第二電信號；所述數據信息包括波形、頻率或占空比。于所述處理器包括arm系列芯片、FPGA系列芯片和DSP系列芯片中的至少一個。所述激光器陣列包括多個激光器調制模塊，所述激光器調制模塊是激光器加調制器，或者是直調激光器；所述激光器陣列產生的激光載波中心波長為850nm、980nm、1310nm或1550nm。另外，該裝置還包括光放大器；所述光放大器串聯(lián)在所述激光陣列器和所述至少一個發(fā)送天線之間；所述第二激光信號經所述光放大器進行功率放大，然后再由所述至少一個發(fā)送天線發(fā)送到空間。

本發(fā)明還提供了一種激光信號增強補償的方法，包括：接收天線接收需要轉發(fā)的第一激光信號；光電探測器將所述第一激光信號轉換為第一電信號后傳輸給處理器；所述處理器對所述第一電信號進行處理，識別所述第一電信號中需要轉發(fā)的位置信息，輸出與所述第一電信號中數據信息完全相同但信號強度高于第一電信號的第二電信號，并反饋至所述激光器陣列；所述激光器陣列產生激光載波，將所述第二電信號加載到所述激光載波上，生成第二激光信號，并傳輸給所述至少一個發(fā)送天線。所述至少一個發(fā)送天線根據所述處理器識別的第一電信號中的位置信息發(fā)送所述第二激光信號。

所述處理器包括濾波模塊、識別模塊和觸發(fā)信號源模塊：所述濾波模塊用于對第一電信號濾除噪聲；所述識別模塊用于識別第一電信號中需要發(fā)射的位置信息；所述觸發(fā)信號源模塊用于產生與第一電信號中數據信息完全相同并但信號強度高于第一電信號的第二電信號；所述數據信息包括波形、頻率或占空比。所述處理器包括arm系列芯片、FPGA系列芯片和DSP系列芯片中的至少一個。所述激光器陣列包括多個激光器調制模塊，所述激光器調制模塊是激光器加調制器，或者是直調激光器。本方法還包括：將所述第二激光信號經光放大器進行功率放大后，再由所述至少一個發(fā)送天線發(fā)送到空間；所述光放大器串聯(lián)在所述激光陣列器和所述至少一個發(fā)送天線之間。

(三)有益效果

1)本發(fā)明通過增加電學處理，將激光信號進行光電轉換后，探測觸發(fā)和輸入電信號的數據信息完全相同、信號強度更高的信號，進而對原有的信號進行增強補償，對原有的噪聲進行抑制，從而實現(xiàn)增強信號、降低噪聲、降低誤碼率的作用，從技術上解決了因自然光、機械抖動、器件噪聲、長距離傳輸中空氣物質帶來的激光器信號減弱、誤碼率高、傳輸距離短等問題。

2)本發(fā)明通過在激光中轉系統(tǒng)中產生更加純凈的數據信息，和現(xiàn)有技術中不做任何信號處理的轉發(fā)系統(tǒng)相比，它大大增加的傳輸距離。

3)本發(fā)明的處理器識別出信號中的需要發(fā)送位置信息后，僅對信號中的數據信息進行觸發(fā)，因此所需處理的數據量很小，在大數據轉發(fā)系統(tǒng)中，能夠極大的降低芯片處理任務復雜度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4)本發(fā)明裝置設計簡單，光電探測器、處理器、激光器陣列、光放大器陣列均可集成在一塊較小的模塊上，可以滿足空間通信轉發(fā)系統(tǒng)對于質量和功率的苛刻要求。并且這樣的一個小模塊是光學接口進入，光學接口發(fā)出，能夠實現(xiàn)熱插拔式功能，無縫融入于現(xiàn)有的任何轉發(fā)系統(tǒng)中，而不需要進行過多的系統(tǒng)改造。

5)本發(fā)明同樣也為電學軟件設計提供平臺，后續(xù)開發(fā)者可以在此方法和裝置中進行數據再加密、解析或添加其他功能信息等。并且本發(fā)明裝置及方法不設有無線等功能，并不影響空間激光通信的保密行為。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種實施例結構示意圖；

圖2A-2C是本發(fā)明實施例中處理器對于電信號的處理過程示意圖，其中：圖2A表示進入處理器前的第一電信號，圖2B表示經過濾波后得到的有用信號，圖2C表示信號經觸發(fā)信號源增強補償后，輸出的第二電信號。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提供了一種激光信號增強補償的裝置及方法，在轉發(fā)系統(tǒng)中，通過電學處理，對激光信號進行跟隨增強補償，提高信號強度，以降低激光信號傳輸過程中的誤碼率，使激光信號在空間中的有效傳輸距離提高數倍。

本發(fā)明一種實施例結構示意圖如圖1所示，包括接收天線A，用于將空間激光信號引入光纖中，并輸出第一激光信號；光電探測器PD，用于將第一激光信號轉換成第一電信號；處理器，用于識別第一電信號中需要發(fā)送的位置信息，并產生和輸入的第一電信號中數據信息完全相同但信號強度更高的第二電信號；激光器陣列，用于產生激光載波，并將第二電信號加載到激光載波上生成第二激光信號；光放大器陣列EDFA，用于將第二激光信號功率放大，達到激光在空間傳輸的功率要求；多個發(fā)送天線B₁、B₂、……B_n，用于將系統(tǒng)處理后的激光信號按照處理器識別的第一電信號中需要發(fā)送的位置信息發(fā)送到空間。

各部分結構的連接關系和原理如下：

空間中激光信號進入接收天線A，接收天線A將其引入到光纖中，并輸出第一激光信號；

光電探測器PD的輸入端與接收天線A的輸出端相連，接收第一激光信號，并將其轉換成第一電信號；

處理器的輸入端與光電探測器PD的輸出端相連接。處理器包括濾波、識別和觸發(fā)信號源三個模塊。經光電探測器PD轉換的第一電信號輸入到處理器，由處理器內部的濾波模塊濾波，識別模塊識別電信號中需要發(fā)送的位置信息，并由觸發(fā)源模塊產生與第一電信號中的數據信息的波形、頻率、占空比等完全相同但信號強度更高的第二電信號，從而將含有噪聲的微弱有用信號轉換成信噪比高、噪聲低等信號強度更高的信號。

激光器陣列的輸入端與處理器的輸出端相連接。激光陣列器產生激光載波，由處理器輸出的第二電信號經過直接調制，加載到該激光器載波中，重新生成第二激光信號。

光放大器陣列EDFA的輸入端與激光器陣列的輸出端相連接，將激光器陣列生成的第二激光信號放大，使其功率符合空間傳輸要求的最低功率，以降低空間中長距離傳輸對激光信號的損耗，并將放大后的第二激光信號發(fā)送給發(fā)送天線B₁、B₂、……B_n其中之一。

發(fā)送天線B₁、B₂、……B_n輸入端都分別與光放大器陣列EDFA的輸出端連接，根據處理器識別的第一電信號中需要發(fā)送的位置信息，將從光放大器陣列EDFA輸出的激光信號由發(fā)送天線B₁、B₂、……B_n中對應位置的天線發(fā)送到空間。

本實施例中，接收天線A和發(fā)送天線B₁、B₂、……B_n分別用于接收和發(fā)射激光信號，它們的材質工藝可以一模一樣，且均具有接收和發(fā)射功能。光電探測器PD是高速光電探測器，能探測到10GHz以上的光信號，其探測器本身噪聲很低，且不隨溫度變化。激光器陣列包括多個激光器調制模塊，這些激光器調制模塊是激光器加調制器，或者是直調激光器。光放大器陣列EDFA是大功率低噪聲放大器。

本實施例的處理器包括arm系列芯片、FPGA系列芯片或DSP系列芯片中的至少一種。觸發(fā)信號源模塊是高精密低噪聲大功率信號源，能夠產生相同并且信號強度更高的電信號的信號源。處理器具體的工作過程如下：濾波模塊進行濾波；識別模塊識別第一電信號中的需要發(fā)送的位置信息，并記錄該位置信息，然后在發(fā)送天線B1、B2、……Bn需要發(fā)送信號時根據該位置信息將需要發(fā)送的信號準確發(fā)送至發(fā)送天線B1、B2、……Bn中相應位置的的天線中；觸發(fā)信號源模塊在識別模塊對輸入的第一電信號的位置信息識別后，根據該第一電信號中的數據信息，產生具有相同波形、頻率、占空比等的第二電信號，從而將含有噪聲的微弱有用信號轉換成信噪比高、噪聲低的信號。本實施例中處理器中對由激光信號轉換而來的第一電信號中需要發(fā)送的位置信息進行識別，而對第一電信號中所包含的數據信息不做識別處理，僅僅由觸發(fā)源觸發(fā)產生與第一電信號中數據信息波形、頻率等完全相同、且功率更高、振幅更大、信噪比更好的信號。

本實施例中處理器對于電信號的處理過程如圖2A-2C所示。圖2A-2C中縱坐標p是指功率，橫坐標f是指頻率，圖中陰影部分代表噪底，是由于機械振動、大氣湍流等多種自身和外界綜合因素產生且無法消除的固有噪音，a是噪聲尖峰，b是有用信號，c是噪聲尖峰，d是有用信號。圖2A表示進入處理器前的第一電信號，其具有有用信號弱，噪聲尖峰多等特點；圖2B表示經過濾波后得到的有用電信號，其與第一電信號的區(qū)別是濾除了大部分噪聲引起的尖峰信號；圖2C表示信號經觸發(fā)信號源增強補償后，輸出的第二電信號，相比于圖2A中的原始電信號，信號的數據特性一致，但信號強度明顯增大，信噪比更好，噪聲得到了有效的抑制。

本發(fā)明的裝置和方法原理簡單、設計靈巧方便，光學接口能夠使該裝置完美融合于現(xiàn)有的所有空間通信轉發(fā)系統(tǒng)，小巧的裝置設計，適用于所有空間通信轉發(fā)系統(tǒng)以及所有通信波段的激光器信號。不但能夠為中繼衛(wèi)星等大型通信系統(tǒng)提供可靠的技術解決方案，同樣也適用于無人機、社區(qū)網絡基站等低空或地面轉發(fā)系統(tǒng)中，無論在軍用還是民用方面都具有不錯的應用和發(fā)展前景。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。