收发光功率可调的空间激光信号处理装置、卫星及系统的制作方法

本实用新型涉及空间激光通信技术领域，特别是涉及一种收发光功率可调的空间激光信号处理装置、卫星及系统。

背景技术：

空间激光通信是指利用激光束作为载波在空间直接进行语音、数据、图像等信息双向传送的一种技术，其优势在于频带较宽，可以增加链路通信容量，设备功耗、质量、体积较小，波束发散角较小，具有良好的抗干扰和抗截获性能，系统安全性高。可广泛应用于机载、星载平台的高速度和大宽带通信。目前空间激光通信系统主要采用两种方式控制光功率：方式一、通过控制激光器的驱动电流改变激光器的输出功率；方式二、利用可编程光衰减器控制发射功率。方式一的功率控制精度低，调节范围小，并且在控制环路出现故障时会导致通信环路故障。方式二虽然能够避免控制环路对通信环路的影响，但是其调整光功率的响应速度较慢。

空间激光通信系统的收发一体光模块目前多采用sfp和xfp封装，但是sfp封装的光模块工作速率最高只能达到4gbps，且体积较大，xfp封装虽然最高速度可达到10gbps，但是体积依然比较大，不利于实现光学系统的小型化。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种收发光功率可调的空间激光信号处理装置、卫星及系统。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种收发光功率可调的空间激光信号处理装置，包括数字信号处理电路、光/电转换电路、以及光信号处理电路；所述光/电转换电路包括第一收发一体光模块，所述第一收发一体光模块与数字信号处理电路连接；所述光信号处理电路包括大功率光放大器和低噪声光放大器，所述大功率光放大器的输入端与所述第一收发一体光模块的光发射端连接，所述低噪声光放大器的输出端与所述第一收发一体光模块的光接收端连接；所述数字信号处理电路分别与大功率光放大器和低噪声光放大器连接。

上述技术方案：使用大功率光功率放大器和低噪声光功率放大器分别完成发送端和接收端的光信号功率放大，并且通过数字信号处理电路输出放大倍数信号至大功率光放大器和低噪声光放大器的控制端，实现收发光功率可调节，这种方式调整光功率的响应度高，调节精度高，调节范围大；此外，采用收发一体光模块能够节省装置空间、减轻重量和体积。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述数字信号处理电路包括fpga，以及还包括fpga外部晶振、高速接口晶振、调试与下载电路、存储单元四者中的全部或部分；外部晶振、高速接口晶振、调试与下载电路、存储单元均与所述fpga连接；所述fpga与第一收发一体光模块通过serdes接口连接。

上述技术方案：数字信号处理电路借助fpga资源丰富、并行处理的优势，可以大大提高信号处理带宽和速度；fpga外部晶振为fpga的正常运行提供参考时钟激励；高速接口晶振为fpga的高速serdes接口提供参考时钟激励；调试与下载电路作为与上位机相连的配置端，可向fpga下载程序代码，实现对其的调试与配置；存储单元用于存储fpga的程序。

在本实用新型的一种优选实施方式中，存储单元为nor存储器，所述nor存储器集成了edac纠错电路。

上述技术方案：能够对传输的数据实现一定的纠错功能。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述fpga为sram型fpga。

上述技术方案：sram型fpga内部集成了丰富的可灵活配置的可编程资源，用于实现数字信号处理，适用于实现复杂、高速的数字逻辑电路。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述光/电转换电路还包括与卫星平台光通信的第二收发一体光模块，所述第二收发一体光模块与所述数字信号处理电路连接。

上述技术方案：通过第二收发一体光模块便于与卫星平台通信输出业务数据。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一收发一体光模块和/或第二收发一体光模块为sfp+封装。

上述技术方案：可以进一步减轻装置的重量和体积，装置可以做到轻量化。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种卫星，所述卫星上设置有本实用新型所述收发光功率可调的空间激光信号处理装置，所述卫星通过所述收发光功率可调的空间激光信号处理装置与其它卫星进行光通信。

上述技术方案：使得卫星的收发光功率可调节，并且调整光功率的响应度高，调节精度高，调节范围大；此外，收发一体光模块能够能节省空间、减轻重量和体积。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种卫星通信系统，包括卫星平台和多个如本实用新型所述的卫星，所述卫星上的收发光功率可调的空间激光信号处理装置通过第二收发一体光模块与卫星平台进行光通信。

上述技术方案：卫星通过第二收发一体光模块与卫星平台进行业务数据交互；卫星间光通信的收发光功率可调节，并且调整光功率的响应度高，调节精度高，调节范围大；此外，收发一体光模块能够能节省空间、减轻重量和体积。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中装置的结构示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中数字信号处理电路结构示意图；

图3是本实用新型一具体实施方式中光电转换电路结构示意图；

图4是本实用新型一具体实施方式中光信号处理电路结构示意图；

图5是本实用新型一具体实施方式中装置的功能示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种收发光功率可调的空间激光信号处理装置，在一种优选实施方式中，如图1所示，包括数字信号处理电路、光/电转换电路、以及光信号处理电路；光/电转换电路包括第一收发一体光模块，第一收发一体光模块与数字信号处理电路连接；光信号处理电路包括大功率光放大器和低噪声光放大器，大功率光放大器的输入端与第一收发一体光模块的光发射端连接，低噪声光放大器的输出端与第一收发一体光模块的光接收端连接；数字信号处理电路分别与大功率光放大器和低噪声光放大器连接。

在本实施方式中，如图4所示，大功率光放大器位于第一收发一体光模块的光输出通路上，对第一收发一体光模块的输出光束进行放大；低噪声光放大器位于第一收发一体光模块的输入光通路上，对输入第一收发一体光模块的光束进行放大。

在本实施方式中，数字信号处理电路分别输出控制信号至大功率光放大器和低噪声光放大器的控制端，控制两个光放大器的放大倍数。大功率光放大器和低噪声光放大器优选但不限于选择掺铒光纤放大器(edfa)，大功率光放大器和低噪声光放大器具体电路结构如图4所示，大功率光放大器和低噪声光放大器分别通过6根控制线与数字信号处理电路连接，6根控制线分别为outpowcon输出光功率控制信号、inpowdet输入光功率检测信号线、outpowdet输出光功率检测信号线、curdet电流检测信号线、temdet温度检测信号线、以及公共地detgnd线。数字信号处理电路通过输出outpowcon输出光功率控制信号至大功率光放大器或低噪声光放大器调节两者的放大倍数，光放大器根据控制信号调节放大倍数的方法为现有技术，在此不再赘述。通过inpowdet输入光功率检测信号线、outpowdet输出光功率检测信号线、curdet电流检测信号线、temdet温度检测信号线数字信号处理电路能够获取光放大器的工作状态，便于设置放大倍数。

在本实施方式中，数字信号处理电路优选但不限于为现有的基带芯片产品。第一收发一体光模块与数字信号处理电路优选但不限于选择串口、并口连接通信。

在一种优选实施方式中，如图1和图3所示，光/电转换电路还包括与卫星平台光通信的第二收发一体光模块，第二收发一体光模块与数字信号处理电路连接。第二收发一体光模块与数字信号处理电路连接优选但不限于通过serdes接口连接。

在本实施方式中，优选的，第一收发一体光模块和/或第二收发一体光模块为sfp+封装。第一收发一体光模块和第二收发一体光模块优选但不限于为华为的型号为sfp－10gsr－85的光模块。

在一种优选实施方式中，如图2所示，数字信号处理电路包括fpga，以及还包括fpga外部晶振、高速接口晶振、调试与下载电路、存储单元四者中的全部或部分；外部晶振、高速接口晶振、调试与下载电路、存储单元均与fpga连接；fpga与第一收发一体光模块通过serdes接口连接。

在本实施方式中，fpga优选但不限于为反熔丝型fpga或sram型fpga。优选的，fpga为sram型fpga，优选但不限于选择xilinx公司的xc7k325t－2ffg900i型fpga，如图2所示。xc7k325t的逻辑资源拥有326080个lut6，计算资源拥有25×18的dsp，存储资源拥有36kbram，且拥有丰富的可配置i/o资源，适合于大容量、高速度的数字基带信号处理。

在本实施方式中，fpga外部晶振和高速接口晶振都选择156.25mhz、3.3v型石英晶体振荡器，频率为156.25mhz，能够满足高速信号收发与处理要求。

在本实施方式中，第一收发一体光模块和第二收发一体光模块均通过fpga的serdes接口与fpga连接，第一收发一体光模块和第二收发一体光模块的光接口使用fc接头，电接口使用12pin针排，serdes接口的高速信号引脚采用交流cml电平并具备i2c通信监控功能，如图3所示。

在本实施方式中，优选的，存储单元为nor存储器，nor存储器集成了edac纠错电路。nor存储器优选但不限于为spansion公司64mbit的nor型flash存储器am29lv641，负责存储fpga的固化程序。此外，该存储器具备edac纠错能力，提升系统的可靠性。

在本实施方式中，调试与下载电路优选但不限于为jtag接口电路，便于调试。

在一种优选实施方式中，如图1所示，还包括为数字信号处理电路、光/电转换电路和光信号处理电路供电的电源电路。

在本实施方式中，电源电路作为装置的能源总供应端，为数字信号处理电路、光/电转换电路、光信号处理电路适配相应的电源激励。

在本实施方式中，装置所实现的功能如图5所示，实线表示接收端信息流，虚线表示发射端信息流。在接收端，首先通过低噪声光放大器接收来自星间链路的光信号，放大之后发送至第一收发一体光模块进行光电转换，转换后的电信号发送至sram型fpga进行解帧、解扰、解交织、解码等基带信号处理之后发送至的第二收发一体光模块进行电光转换之后，向卫星平台回传；在发射端，首先通过第二收发一体光模块将接收到的业务光信号进行光电转换发送至fpga，fpga进行编码、交织、加扰和加帧等基带信号处理之后，发送至第一收发一体光模块进行电光转换之后发送至高功率光放大器，经过功率放大之后发射至星间链路。

本实用新型还公开了一种卫星，卫星上设置有上述收发光功率可调的空间激光信号处理装置，卫星通过收发光功率可调的空间激光信号处理装置与其它卫星进行光通信。

本实用新型还公开了一种卫星通信系统，包括卫星平台和多个上述卫星，卫星上的收发光功率可调的空间激光信号处理装置通过第二收发一体光模块与卫星平台进行光通信。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。