本實(shí)用新型涉及一種BPSK空間光通信接收解調(diào)系統(tǒng)，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光具有高度相干性，頻率高的特點(diǎn)，因此激光通信相對(duì)于微波通信具有帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)。激光通信具有可高達(dá)數(shù)百Gbps的通信能力，滿足未來(lái)海量空間信息傳輸?shù)男枨蟆３酥?，采用激光為傳輸介質(zhì)建立通信鏈路還具有發(fā)散角小，不易被截獲，保密性高，光束能量彌散度小，能夠進(jìn)行超長(zhǎng)距離的有效傳輸，通信終端體積小、質(zhì)量輕、功耗低等若干優(yōu)勢(shì)，非常適合作為衛(wèi)星通信有效載荷。因此，空間激光通信的優(yōu)勢(shì)使得其成為未來(lái)空間信息網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)谋厝恢x，中國(guó)、歐盟、美國(guó)、日本等世界主要技術(shù)大國(guó)都給予高度重視，開(kāi)展了數(shù)十年的持續(xù)研究，成功驗(yàn)證了基于深空探測(cè)器、衛(wèi)星、臨近空間飛行器、飛機(jī)、系留氣球、車(chē)輛、艦艇等各類(lèi)移動(dòng)平臺(tái)的空間激光通信技術(shù)。這些成功實(shí)驗(yàn)大部分是基于強(qiáng)度調(diào)制/直接探測(cè)體制的激光通信實(shí)驗(yàn)，而相干體制的激光通信技術(shù)具有高靈敏度、抗日凌、適合于超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，近年來(lái)已逐漸成為空間激光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。特別是隨著2008年歐洲Terra SAR衛(wèi)星相干光通信實(shí)驗(yàn)的成功，以及基于Terra SAR相干通信鏈路升級(jí)的歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)的研究計(jì)劃得到實(shí)施，預(yù)示著衛(wèi)星相干光通信技術(shù)將是未來(lái)衛(wèi)星光骨干網(wǎng)絡(luò)的主要通信技術(shù)之一，標(biāo)志著衛(wèi)星相干光通信的研究將從試驗(yàn)驗(yàn)證階段轉(zhuǎn)入實(shí)用化階段。

綜合世界各國(guó)科學(xué)家們的研究進(jìn)展來(lái)看，BPSK調(diào)制、零差相干接收的空間光通信體制，將成為空間信息網(wǎng)激光骨干通信鏈路的主要體制之一，基于COSTAS光鎖相環(huán)零差接收機(jī)是目前主要相干接收機(jī)方案，借用相干通信信號(hào)提取跟蹤誤差，通信、跟蹤一體化原理設(shè)計(jì)是相干光通信接收機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

我國(guó)空間激光通信技術(shù)目前正蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)多家高校和研究單位都開(kāi)展了大量的理論研究，關(guān)鍵技術(shù)演示，激光終端研制等工作，取得了豐碩的成果。2011年，我國(guó)海洋二號(hào)衛(wèi)星搭載的激光通信終端成功實(shí)現(xiàn)了504Mbps的星地激光通信鏈路，成為中國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。

當(dāng)前，我國(guó)空間光通信領(lǐng)域的研究正處于從IM/DD衛(wèi)星光通信向相干光通信技術(shù)的過(guò)渡階段。主要的研究集中在適用于衛(wèi)星相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵器件的研究階段。衛(wèi)星相干光通信研究，以相干光場(chǎng)的高度匹配為基礎(chǔ)前提，以獲得高的接收靈敏度為主要目標(biāo)。在衛(wèi)星相干光通信中通信鏈路的動(dòng)態(tài)特性、信道特性，終端內(nèi)部器件的空間光接口均是引起光場(chǎng)失配的來(lái)源。光場(chǎng)失配最終造成接收靈敏度的下降，這是衛(wèi)星相干光通信鏈路總體研究和接收機(jī)硬件研究工作中必須加以考慮的因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，通信速率高，抗干擾性強(qiáng)的BPSK空間光通信接收解調(diào)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：該BPSK空間光通信接收解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括光調(diào)制器、光混頻器、平衡探測(cè)器、鑒相電路、精跟蹤鎖相環(huán)路和頻率粗調(diào)電路。

該光混頻器，用于將接收信號(hào)與本振激光信號(hào)進(jìn)行混頻，并形成四路信號(hào)，所述光調(diào)制器連接至光混頻器。

該平衡探測(cè)器，其連接至光混頻器，用于將光混頻器形成的四路信號(hào)轉(zhuǎn)化為互為正交的第一路電信號(hào)和第二路電信號(hào)。

該鑒相電路，其連接至平衡探測(cè)器，用于輸出一路解調(diào)數(shù)據(jù)和兩路同相信號(hào)。

該精跟蹤鎖相環(huán)路，其與鑒相電路連接，并包括運(yùn)算放大器和壓控振蕩器，所述壓控振蕩器與光調(diào)制器連接，上述的兩路同相信號(hào)中的一路進(jìn)入所述運(yùn)算放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)并通過(guò)壓控振蕩器輸出。

該頻率粗調(diào)電路，其與鑒相電路連接，并包括低通濾波器、功率檢測(cè)模塊、第一A/D轉(zhuǎn)換模塊、第二A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、D/A轉(zhuǎn)換、激光器，上述的 兩路同相信號(hào)中的另一路經(jīng)過(guò)所述的低通濾波器，送入功率檢測(cè)模塊進(jìn)行頻率粗調(diào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)信號(hào)的功率和上述的精跟蹤鎖相環(huán)路的狀態(tài)，判斷激光頻率是否落在精跟蹤鎖相環(huán)路的頻帶范圍內(nèi)，如果在范圍內(nèi)則停止調(diào)節(jié)，如果不在范圍內(nèi)，則不斷調(diào)節(jié)D/A轉(zhuǎn)換，控制激光器頻率，使其落入精跟蹤鎖相環(huán)路的頻帶內(nèi)，上述的壓控振蕩器的輸出頻率與激光器頻率混合完成鎖相頻率精跟蹤，所述激光器連接至光調(diào)制器。

本實(shí)用新型所述鑒相電路包括比較器、時(shí)鐘分配器、異或門(mén)，所述第一路電信號(hào)和第二路電信號(hào)首先通過(guò)比較器整形，變成數(shù)字信號(hào)，隨后通過(guò)時(shí)鐘分配器，將上述的第一路電信號(hào)和第二路電信號(hào)分別變?yōu)閮陕?，所述第一路電信?hào)分成的兩路中的一路作為解調(diào)數(shù)據(jù)輸出，另外一路與第二路電信號(hào)分成的兩路中的一路通過(guò)異或門(mén)進(jìn)行異或運(yùn)算，將第一路信道和第二路信道的相位差變?yōu)槊}沖信號(hào)，脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)時(shí)鐘分配器變?yōu)樗龅膬陕吠嘈盘?hào)。

本實(shí)用新型所述比較器包括第一比較器、第四比較器，所述時(shí)鐘分配器包括第二時(shí)鐘分配器、第五時(shí)鐘分配器和第六時(shí)鐘分配器，第一比較器與第二時(shí)鐘分配器連接，第二時(shí)鐘分配器與異或門(mén)連接，異或門(mén)與第六時(shí)鐘分配器連接，第四比較器與第五時(shí)鐘分配器連接，第五時(shí)鐘分配器與異或門(mén)連接。

本實(shí)用新型所述精跟蹤鎖相環(huán)路采用模擬式濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，然后加到壓控振蕩器的電壓控制端，壓控振蕩器的輸出與激光器進(jìn)行混頻，完成頻率的窄帶跟蹤。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，通信速率高，通過(guò)精跟蹤鎖相環(huán)路和頻率粗調(diào)電路的設(shè)置，使得抗干擾性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中的BPSK空間光通信接收解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是鑒相電路的電路原理圖。

圖3是精跟蹤鎖相環(huán)路的電路原理圖。

圖4是頻率粗調(diào)電路的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5是低通濾波器和功率檢測(cè)模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1。

如圖1所示，本實(shí)施例的BPSK空間光通信接收解調(diào)系統(tǒng)包括光調(diào)制器1、光混頻器2、平衡探測(cè)器3、鑒相電路4、精跟蹤鎖相環(huán)路5和頻率粗調(diào)電路6。

本實(shí)施例中的光混頻器2，用于將接收信號(hào)與本振激光信號(hào)進(jìn)行混頻，并形成四路信號(hào)，光調(diào)制器1連接至光混頻器2。本處的本振激光信號(hào)指的是激光器67產(chǎn)生的等幅波。

本實(shí)施例中的平衡探測(cè)器3，其連接至光混頻器2，用于將光混頻器2形成的四路信號(hào)轉(zhuǎn)化為互為正交的第一路電信號(hào)I和第二路電信號(hào)Q。

本實(shí)施例中的鑒相電路4，其連接至平衡探測(cè)器3，用于輸出一路解調(diào)數(shù)據(jù)和兩路同相信號(hào)。

本實(shí)施例中的精跟蹤鎖相環(huán)路5，其與鑒相電路4連接，并包括運(yùn)算放大器AD829和壓控振蕩器ROS-520+，壓控振蕩器ROS-520+與光調(diào)制器1連接，上述的兩路同相信號(hào)中的一路進(jìn)入所述運(yùn)算放大器AD829進(jìn)行調(diào)節(jié)并通過(guò)壓控振蕩器ROS-520+輸出。

如圖1和圖4所示，本實(shí)施例中的頻率粗調(diào)電路6，其與鑒相電路4連接，并包括低通濾波器61、功率檢測(cè)模塊62、第一A/D轉(zhuǎn)換模塊63、第二A/D轉(zhuǎn)換模塊64、FPGA65、D/A轉(zhuǎn)換66、激光器67，上述的兩路同相信號(hào)中的另一路經(jīng)過(guò)所述的低通濾波器61，送入功率檢測(cè)模塊62進(jìn)行頻率粗調(diào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)信號(hào)的功率和上述的精跟蹤鎖相環(huán)路5的狀態(tài)，判斷激光頻率是否 落在精跟蹤鎖相環(huán)路5的頻帶范圍內(nèi)，如果在范圍內(nèi)則停止調(diào)節(jié)，如果不在范圍內(nèi)，則不斷調(diào)節(jié)D/A轉(zhuǎn)換66，控制激光器67頻率，使其落入精跟蹤鎖相環(huán)路5的頻帶內(nèi)，上述的壓控振蕩器ROS-520+的輸出頻率與激光器67頻率混合完成鎖相頻率精跟蹤，激光器67連接至光調(diào)制器1。

本實(shí)施例中鑒相電路4包括比較器、時(shí)鐘分配器、異或門(mén)HMC745LC3，第一路電信號(hào)I和第二路電信號(hào)Q首先通過(guò)比較器整形，變成數(shù)字信號(hào)，隨后通過(guò)時(shí)鐘分配器，將上述的第一路電信號(hào)I和第二路電信號(hào)Q分別變?yōu)閮陕?，第一路電信?hào)I分成的兩路中的一路作為解調(diào)數(shù)據(jù)輸出，另外一路與第二路電信號(hào)Q分成的兩路中的一路通過(guò)異或門(mén)HMC745LC3進(jìn)行異或運(yùn)算，將第一路信道和第二路信道的相位差變?yōu)槊}沖信號(hào)，脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)時(shí)鐘分配器變?yōu)樗龅膬陕吠嘈盘?hào)。

具體的，本實(shí)施例中的的比較器包括第一比較器HMC674LP3E*1、第四比較器HMC674LP3E*4，時(shí)鐘分配器包括第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2、第五時(shí)鐘分配器ADCLK944*5和第六時(shí)鐘分配器ADCLK944*6，第一比較器HMC674LP3E*1與第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2連接，第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2與異或門(mén)HMC745LC3連接，異或門(mén)HMC745LC3與第六時(shí)鐘分配器ADCLK944*6連接，第四比較器HMC674LP3E*4與第五時(shí)鐘分配器ADCLK944*5連接，第五時(shí)鐘分配器ADCLK944*5與異或門(mén)HMC745LC3連接，第一路差分信號(hào)首先進(jìn)入第一比較器HMC674LP3E*1，再依次經(jīng)過(guò)第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2和異或門(mén)HMC745LC3，而第二路差分信號(hào)首先進(jìn)入第四比較器HMC674LP3E*4，再依次經(jīng)過(guò)第四比較器HMC674LP3E*4和異或門(mén)HMC745LC3，異或門(mén)HMC745LC3進(jìn)行異或運(yùn)算，將第一路信道和第二路信道的相位差變?yōu)槊}沖信號(hào)，脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)第六時(shí)鐘分配器ADCLK944*6變?yōu)閮陕吠嘈盘?hào)。

本實(shí)施例中的精跟蹤鎖相環(huán)路5采用模擬式濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，然后加到壓控振蕩器ROS-520+的電壓控制端，壓控振蕩器ROS-520+的輸出與激光器67進(jìn)行混頻，完成頻率的窄帶跟蹤。該模擬式濾波器為有源濾波器。

如圖2所示，為鑒相電路4的電路原理圖，第一路電信號(hào)首先進(jìn)入第一比較器HMC674LP3E*1，INP接I路信號(hào)正端，INN接I路信號(hào)負(fù)端，VTP、VTN、N/C、RTN接GND，5腳Vcci接電容C11與3.3V電源，C11另一端接GND，9腳Vcco接電容C8與2V電源，C8另一端接GND，12腳Vcco接電容C4與2V電源，C4另一端接GND，13腳Vee接電容C1與-3V電源相連，C1另一端接GND，16腳Vcci接電容C2與3.3V電源相連，C2另一端接GND，11腳Q接第二比較器ADCLK944*2的1腳CLK，10腳接第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2的4腳第二時(shí)鐘分配器ADCLK944*2的2腳VT和3腳VREF相連，5腳VEE和16腳VEE接GND，8腳VCC接電容C10與3.3V電源，C10另一端接GND，13腳VCC接電容C3與3.3V電源，C3另一端接GND，12腳Q1和11腳做為差分?jǐn)?shù)據(jù)解調(diào)輸出端，10腳Q2和9腳分別接異或門(mén)HMC745LC3*3的2腳AN和3腳AP。

第二路電信號(hào)首先進(jìn)入第四比較器HMC674LP3E*4，INP接Q路信號(hào)正端，INN接Q路信號(hào)負(fù)端，VTP、VTN、N/C、RTN接GND，5腳Vcci接電容C19與3.3V電源，C19另一端接GND，9腳Vcco接電容C17與2V電源，C17另一端接GND，12腳Vcco接電容C16與2V電源，C16另一端接GND，13腳Vee接電容C12與-3V電源相連，C12另一端接GND，16腳Vcci接電容C13與3.3V電源，C13另一端接GND，11腳Q接第五時(shí)鐘分配器ADCLK944*5的1腳CLK，10腳接比較器*5(ADCLK944)4腳*5的2腳VT和3腳VREF相連，5腳VEE和16腳VEE接GND，8腳VCC接電容C18與3.3V電源，C18另一端接GND，13腳VCC接電容C14與3.3V電源，C14另一端接GND，12腳Q1和11腳之間串接電阻R4，10腳Q2和9腳分別接異或門(mén)*3(HMC745LC3)的7腳BN和6腳BP。

異或門(mén)HMC745LC3*3的1腳、4腳、5腳、8腳、9腳、12腳、14腳接GND，13腳VCC接電容C7與3.3V電源，C7另一端接GND，16腳VCC接電容C6與3.3V電源，C6另一端接GND，15腳VR接R1并與C5相連，R1和C5的另一端接GND，11腳DP接第六時(shí)鐘分配器ADCLK944*6的1腳CLK，10腳DN接*6的4腳

第六時(shí)鐘分配器ADCLK944*6的2腳VT和3腳VREF相連，5腳VEE和16腳VEE接GND，8腳VCC接電容C15與3.3V電源，C15另一端接GND，13腳VCC接電容C9與3.3V電源，C9另一端接GND，11腳接電阻R2，R2另一端接GND，9腳接電阻R3，R3另一端接GND，10腳Q2接頻率粗調(diào)輸入端電感L2，12腳Q1接精跟蹤鎖相環(huán)路輸入端R7。

如圖3所示，圖3為精跟蹤鎖相環(huán)路5的電路原理圖，R7另一端接電容C22，C22另一端接運(yùn)算放大器AD829的2腳-IN，同時(shí)串接C21，C21另一端接C20和R5，運(yùn)算放大器AD829的1腳OFFSET NULL與R6相連，R6另一端與8腳OFFSET NULL相連，運(yùn)算放大器AD829的3腳+IN和4腳-Vs接GND，5腳Ccomp接C23，C23另一端接GND，7腳+Vs接電源+5V，6腳OUTPUT接R5、C20另一端，同時(shí)與壓控振蕩器ROS-520+的2腳Vtune和第二A/D轉(zhuǎn)換模塊64相連。形成有源低通濾波器，即上述提到的模擬式濾波器。

壓控振蕩器ROS-520+的1、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13、15、16腳接GND，14腳Vcc接電源+5V，10腳RFout與光調(diào)制器1的輸入端相連。

如圖5所示，圖5為低通濾波器61和功率檢測(cè)模塊62的電路原理圖，低通濾波器61的電感L2的另一端接C27和L3，C27的另一端接GND，L3的另一端接L4和C28，C28的另一端接GND，L3的另一端接C25，C25的另一端接功率檢測(cè)模塊62的電路芯片AD8307的8腳INP和L1，L1的另一端接C24和電路芯片AD8307的1腳INM，功率檢測(cè)模塊62的C24另一端接GND，電路芯片AD8307的2腳COM接GND，4腳接第一A/D轉(zhuǎn)換模塊63，電路芯片AD8307的6腳ENB、7腳VPS串接并與R8和C26相連，R8另一端接電源3.3V，C26另一端接GND。

本實(shí)用新型的工作原理：

接收信號(hào)通過(guò)2與本振激光信號(hào)混頻，形成四路信號(hào)，再經(jīng)過(guò)平衡探測(cè)器3，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為正交的I、Q兩路電信號(hào)。I、Q首先通過(guò)比較器整形，變成數(shù)字信號(hào)，隨后通過(guò)時(shí)鐘分配器，將每路信號(hào)分成兩路的同時(shí)，保證I、Q信道的相位一致性。I路信號(hào)兩路中的一路作為解調(diào)輸出，另外一路與其中一路Q路信號(hào) 進(jìn)行異或運(yùn)算，將I、Q信道的相位差變?yōu)槊}沖信號(hào)，脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)時(shí)鐘分配電路變?yōu)閮陕吠嘈盘?hào)，其中一路經(jīng)過(guò)低通濾波器61后，送入功率檢測(cè)模塊62進(jìn)行頻率粗調(diào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)信號(hào)的功率和精跟蹤鎖相環(huán)路5的狀態(tài)，可以有效判斷出激光頻率是否落在精跟蹤鎖相環(huán)路5的頻帶范圍內(nèi)，如果在范圍內(nèi)則停止調(diào)節(jié)，如果不在范圍內(nèi)，則不斷調(diào)節(jié)第一A/D轉(zhuǎn)換模塊63，控制激光器67的頻率，使其落入精跟蹤鎖相環(huán)路5的頻帶內(nèi)。另外一路經(jīng)過(guò)二階有源低通濾波器，控制壓控振蕩器ROS-520+的輸出頻率與激光器67頻率混頻，完成鎖相頻率精跟蹤。

本實(shí)施例中的FPGA65指的是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，是一種集成電路，屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，通信速率高，通過(guò)精跟蹤鎖相環(huán)路和頻率粗調(diào)電路的設(shè)置，使得抗干擾性強(qiáng)。

本說(shuō)明書(shū)中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本實(shí)用新型所作的舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，只要不偏離本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。