本發(fā)明涉及一種光交換系統(tǒng)，尤其涉及一種收發(fā)共用可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線激光通信技術(shù)主要由于受到天氣以及環(huán)境的影響較大，因此，目前主要用于星間通信以及地面應(yīng)急通信。可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的時(shí)分交換、波分交換方式，在時(shí)隙、頻率或地址碼都相同的情況下，用戶仍可以根據(jù)信號(hào)不同的空間傳播路徑而區(qū)分開(kāi)。利用多芯光纖（MultiCoreFiber，MCF）的空分多址技術(shù)目前已在超高容量、長(zhǎng)距離的光纖通信傳輸中得到了試驗(yàn)驗(yàn)證（QPSK transmission through 16.8km homogeneous multi-core fiber,OFC2011,PDPB6；Space-,wavelength-,polarization-division multiplexed transmission of 56Tbit/s over a 76.8km seven-core fiber,OFC2011,PDPB7）（多芯光纖是在一個(gè)共同包層區(qū)中存在著多個(gè)纖芯）。但針對(duì)移動(dòng)用戶的自由空間交換方案目前還鮮見(jiàn)報(bào)道?？臻g激光通信組網(wǎng)光學(xué)原理研究采用旋轉(zhuǎn)拋物面作為光學(xué)天線，使通過(guò)拋物面的焦點(diǎn)的光線平行于對(duì)稱軸反射，提高了空間光能利用率，但未提出無(wú)線空分光交換的具體實(shí)現(xiàn)方法。

因此可知目前，無(wú)線光通信技術(shù)尚不成熟，自由空間光交換技術(shù)更是處于技術(shù)探索階段。且目前的研究主要采用基于非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)變換的方法和時(shí)分復(fù)用的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光信息的交換。但其技術(shù)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，信道利用率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種收發(fā)共用可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

收發(fā)共用可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)，包括：

光學(xué)系統(tǒng)，用于獲取用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)；

運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置，用于獲取用戶A和用戶B的運(yùn)動(dòng)軌跡；

設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)焦平面處的可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖，它們之間連接的光信號(hào)放大器，用于將可移動(dòng)接收光纖接收的用戶A的光信號(hào)，通過(guò)光信號(hào)放大器放大后，通過(guò)可移動(dòng)發(fā)射光纖發(fā)射出去，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，使用戶B接收；

所述可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置獲取的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行移動(dòng)，使可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖能夠始終接收到用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)。

所述運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置包括：

加裝在光學(xué)系統(tǒng)上、將光信號(hào)分為兩路的半透半反鏡；

接收半透半反鏡反射出的光信號(hào)的圖像傳感器，所述半透半反鏡透射出的光纖傳送給可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖；

獲取圖像傳感器上用戶A光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡和用戶B光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡的圖像處理模塊，根據(jù)圖戶A的運(yùn)動(dòng)軌跡和用戶B的運(yùn)動(dòng)軌跡控制可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖使用接收到光信號(hào)的控制系統(tǒng)。

所述光學(xué)系統(tǒng)為大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)，大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)連接伺服系統(tǒng)，所述伺服系統(tǒng)用于根據(jù)圖像處理模塊獲取的運(yùn)動(dòng)軌跡信息，接收控制系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，使用戶A和用戶B均位于大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角內(nèi)。

所述可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖的結(jié)構(gòu)相同，均包括：

對(duì)光纖端面進(jìn)行夾持的光纖夾具；

與光纖夾具動(dòng)態(tài)連接的可伸縮結(jié)構(gòu)；

與可伸縮結(jié)構(gòu)連接、且設(shè)置在焦平面圓心處的電動(dòng)轉(zhuǎn)軸；

所述控制系統(tǒng)與可伸縮結(jié)構(gòu)、電動(dòng)轉(zhuǎn)軸連接，用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡控制電動(dòng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和可伸縮結(jié)構(gòu)的伸縮，使可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖能夠始終接收到用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)。

所述半透半反鏡反射的光信號(hào)少于透射的光信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果：

（1）可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多用戶之間的光物理信道的信息實(shí)時(shí)傳輸，提高信道利用率，信號(hào)交換過(guò)程完全在光域中進(jìn)行，具有透明的傳輸代碼格式和比特率，配以相應(yīng)的硬件平臺(tái)，可以對(duì)不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級(jí)的信號(hào)進(jìn)行交換；

（2）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)降低了伺服系統(tǒng)的控制要求，利用光學(xué)原理替代了伺服系統(tǒng)的部分功能，實(shí)現(xiàn)了跟瞄、接入、交換技術(shù)一體化；

（3）系統(tǒng)采用空分的光交換原理設(shè)計(jì)，同時(shí)可以與其它交換技術(shù)（如時(shí)分光交換、波長(zhǎng)地址交換）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大容量的無(wú)線光交換，成倍提高系統(tǒng)容量；

（4）系統(tǒng)采用收發(fā)共用的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的體積和重量。

附圖說(shuō)明

圖1為移動(dòng)用戶運(yùn)動(dòng)軌跡與光學(xué)系統(tǒng)焦平面光斑的關(guān)系。

圖2為可移動(dòng)自由空間光交換原理結(jié)構(gòu)圖。

圖3為光纖端面在光學(xué)焦平面內(nèi)移動(dòng)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，根據(jù)光學(xué)原理，從不同方向斜入射的平行光束會(huì)匯聚到焦平面上的不同位置上。因此本發(fā)明通過(guò)控制光纖的移動(dòng)位置，就能接收到不同角度入射的光束。

如圖2所示，本發(fā)明提供的收發(fā)共用可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)，包括：

光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)采用大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)，具有光學(xué)鏡頭和焦平面，用于通過(guò)光學(xué)鏡頭獲取用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)，并最終發(fā)送到焦平面；

運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置，用于獲取用戶A和用戶B的運(yùn)動(dòng)軌跡；

可移動(dòng)接收光纖、可移動(dòng)發(fā)射光纖和它們之間連接的光信號(hào)放大器，可移動(dòng)接收光纖、可移動(dòng)發(fā)射光纖設(shè)置在焦平面上，用于接收用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)?？梢苿?dòng)接收光纖接收的用戶A的光信號(hào)，通過(guò)光信號(hào)放大器放大后，通過(guò)可移動(dòng)發(fā)射光纖發(fā)射出去，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，使用戶B接收，完成光交換。

上述過(guò)程中，由于用戶位置的移動(dòng)，可能發(fā)生光信號(hào)的移動(dòng)，為了保證可移動(dòng)接收光纖、可移動(dòng)發(fā)射光纖始終接收到光信，可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置獲取的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行移動(dòng)，使可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖能夠始終接收到用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)。

本發(fā)明的系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)軌跡獲取裝置包括：

加裝在光學(xué)系統(tǒng)上、將光信號(hào)分為兩路的半透半反鏡；半透半反鏡將一小部分光功率信號(hào)進(jìn)行反射，另一大部分進(jìn)行透射，透射的部分作為傳遞信息的光信號(hào)；

接收半透半反鏡反射出的光信號(hào)的圖像傳感器，即CCD，半透半反鏡透射出的光纖傳送給可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖；由于用戶位置不同且會(huì)移動(dòng)，反射到CCD進(jìn)行聚焦的光斑的位置也不同，通過(guò)對(duì)光斑的跟蹤，可以獲取用戶的運(yùn)動(dòng)軌跡；

獲取圖像傳感器上用戶A光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡和用戶B光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡的圖像處理模塊，和根據(jù)圖戶A的運(yùn)動(dòng)軌跡和用戶B的運(yùn)動(dòng)軌跡控制可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖使用接收到光信號(hào)的控制系統(tǒng)。

光學(xué)系統(tǒng)選擇為大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)，盡可能的提高空間覆蓋角度，大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)連接伺服系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的信息，發(fā)送信號(hào)給伺服系統(tǒng)，使用戶A和用戶B均位于大視場(chǎng)角光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角內(nèi)。

上述為了實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)反射光纖在焦平面上的移動(dòng)，可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖均具有特殊的結(jié)構(gòu)，他們的結(jié)構(gòu)相同，均包括對(duì)光纖端面進(jìn)行夾持的光纖夾具；與光纖夾具動(dòng)態(tài)連接的可伸縮結(jié)構(gòu)；與可伸縮結(jié)構(gòu)連接的電動(dòng)轉(zhuǎn)軸。

如圖3所示，光纖端面通過(guò)光纖夾具固定，焦平面圓心處設(shè)置電控轉(zhuǎn)軸，通過(guò)可伸縮結(jié)構(gòu)與光纖夾具動(dòng)態(tài)連接，根據(jù)控制指令，進(jìn)行伸縮變化以及轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)焦平面內(nèi)的二維移動(dòng)控制。即控制系統(tǒng)與可伸縮結(jié)構(gòu)、電動(dòng)轉(zhuǎn)軸連接，用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡控制電動(dòng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和可伸縮結(jié)構(gòu)的伸縮，使可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖能夠始終接收到用戶A和用戶B發(fā)出的光信號(hào)。

綜上可知，本發(fā)明在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)加裝半透半反鏡，反射的少部分的光功率信號(hào)聚焦到圖像傳感器（CCD）上，通過(guò)光斑位置信息提取，可以實(shí)時(shí)獲取交換用戶的運(yùn)動(dòng)軌跡信息，進(jìn)而指導(dǎo)與控制可移動(dòng)電控光纖夾具以及伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。透射的大部分光功率信號(hào)會(huì)聚焦到光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上。在光學(xué)系統(tǒng)的焦平面位置處，利用光纖夾具固定住兩根光纖的端面，分別對(duì)應(yīng)可移動(dòng)接收光纖和可移動(dòng)發(fā)射光纖。接收光纖可以根據(jù)控制信號(hào)的作用而在焦平面內(nèi)移動(dòng)，保證其端面一直在焦平面的光斑位置處，這樣就可以接收到大部分的光功率信號(hào)，發(fā)射光纖在控制信號(hào)的作用下，電控移動(dòng)，保證其能實(shí)時(shí)跟蹤移動(dòng)用戶的位置。

作為一種實(shí)施方式，本發(fā)明中，用戶A信息交換到用戶B的步驟如下：

1、用戶A和B分別發(fā)射信標(biāo)光，即握手信號(hào)到光交換系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)工作使其用戶A和B都位于交換系統(tǒng)光學(xué)視場(chǎng)角內(nèi)。

2、用戶A發(fā)射信號(hào)光到交換系統(tǒng)，用戶B發(fā)射定位信標(biāo)光到交換系統(tǒng)，由于A和B的位置角度不同，所以通過(guò)半透半反鏡后會(huì)在CCD上形成兩個(gè)光斑。

3、CCD把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)圖像處理算法確定用戶A和B的運(yùn)動(dòng)軌跡，輸出控制信息，控制焦平面處的可移動(dòng)發(fā)射光纖和可移動(dòng)接收光纖動(dòng)態(tài)移動(dòng)。

4、可移動(dòng)接收光纖接收到的光信號(hào)經(jīng)過(guò)EDFA放大后進(jìn)入可移動(dòng)發(fā)射光纖，根據(jù)光路可逆原理，可移動(dòng)發(fā)射光纖里的光信號(hào)可以通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)接脩鬊，完成交換。

本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

可移動(dòng)自由空間光交換系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多用戶之間的光物理信道的信息實(shí)時(shí)傳輸，提高信道利用率，信號(hào)交換過(guò)程完全在光域中進(jìn)行，具有透明的傳輸代碼格式和比特率，配以相應(yīng)的硬件平臺(tái)，可以對(duì)不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級(jí)的信號(hào)進(jìn)行交換。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)降低了伺服系統(tǒng)的控制要求，利用光學(xué)原理替代了伺服系統(tǒng)的部分功能，實(shí)現(xiàn)了跟瞄、接入、交換技術(shù)一體化。

系統(tǒng)采用空分的光交換原理設(shè)計(jì)，同時(shí)可以與其它交換技術(shù)（如時(shí)分光交換、波長(zhǎng)地址交換）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大容量的無(wú)線光交換，成倍提高系統(tǒng)容量。

系統(tǒng)采用收發(fā)共用的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的體積和重量。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。