多孔径接收装置、空间光接收机及通信系统

本发明主要涉及到激光相控阵，尤其是一种多孔径接收装置、空间光接收机及通信系统。

背景技术：

1、空间激光通信具有通信容量大、频谱范围宽、抗电磁干扰能力强等优势。实施信号接收的方式分为直接探测和相干探测，其中相干探测凭借较高的灵敏度和较强的抗干扰能力等优点，成为当前研究的热点。此外，激光在空间长距离传输时，还受到了大气湍流的影响，产生光强起伏、光束漂移、波形畸变等现象，这些由湍流引起的现象会进一步降低通信性能。

2、多孔径接收系统是将多个较小口径的接收望远镜阵列拼接，形成一个等效大口径接收望远镜，在增大接收面积的同时还能够通过主动控制实现大气湍流的校正。相对于单一大孔径接收系统，多孔径接收系统在成本和性能上更具优势。利用全光纤结构的多孔径接收系统，还具有结构紧凑、扩展性强的优点。

3、多孔径接收系统实现信号接收的包括数字信号合成和光信号合成，光信号合成较数字信号合成在相干探测器数量、信噪比等方面更具优势。因此，通过对多孔径接收系统中各孔径的相位进行控制实现多束接收光信号的高效合束，能够补偿湍流效应、增大接收面积、提高信噪比等，从而提高通信性能。现有的主动相位控制方法往往将多孔径接收系统的相位作为一维控制变量，控制带宽随孔径数目的增多而下降，会对通信性能产生不利影响，限制了多孔径接收系统的扩展性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种多孔径接收装置、空间光接收机及通信系统。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种多孔径接收装置，包括空间光接收单元和相位控制光路，所述相位控制光路为级联结构，空间光接收单元包括多个接收孔径，每m1个接收孔径对应连接一个一级子相位控制单元，每m2个一级子相位控制单元的输出端口对应连接一个二级子相位控制单元，依次类推，每mn个n-1级子相位控制单元的输出端口对应连接n级子相位控制单元，n级子相位控制单元的输出端口作为总输出端口。

4、进一步地，本发明中：一级子相位控制单元包括m1个一级相位调制器、一个m1合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的一级1分2光纤耦合器件、一个一级光电探测器和一个一级相位控制器，各一级相位调制器的一端对应连接一个接收孔径，m1个一级相位调制器的另一端均与一级m1合1等比例光纤耦合器件光连接，一级m1合1等比例光纤耦合器件与一级1分2光纤耦合器件光连接，一级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为一级子相位控制单元的输出端口；一级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与一级光电探测器光连接，所述一级光电探测器与一级相位控制器电连接，一级相位控制器与m1个一级相位调制器电连接。

5、二级子相位控制单元包括m2个二级相位调制器、一个m2合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的二级1分2光纤耦合器件、一个二级光电探测器和一个二级相位控制器，各二级相位调制器的一端对应连接一个一级子相位控制单元的输出端口，m2个二级相位调制器的另一端均与二级m2合1等比例光纤耦合器件光连接，二级m2合1等比例光纤耦合器件与二级1分2光纤耦合器件光连接，二级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为二级子相位控制单元的输出端口；二级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与二级光电探测器光连接，所述二级光电探测器与二级相位控制器电连接，二级相位控制器与m2个二级相位调制器电连接。

6、以此类推，n级子相位控制单元包括mn个n级相位调制器、一个n级mn合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的n级1分2光纤耦合器件、一个n级光电探测器和一个n级相位控制器，各n级相位调制器的一端对应连接一个n-1级子相位控制单元的输出端口，mn个n级相位调制器的另一端均与n级mn合1等比例光纤耦合器件光连接，n级mn合1等比例光纤耦合器件与n级1分2光纤耦合器件光连接，n级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为n级子相位控制单元的输出端口；n级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与n级光电探测器光连接，所述n级光电探测器与n级相位控制器电连接，n级相位控制器与mn个n级相位调制器电连接。

7、上述空间光接收单元中接收孔径的总数为m1×m2×...×mn个。通过设计级联结构的相位控制光路，增加了多孔径接收装置的等效口径。

8、进一步地，本发明所述n大于等于2。优选地，级联结构的相位控制光路包括但不限于三级级联结构。

9、进一步地，本发明中各级相位控制器上均预先加载有相同的现有的相位控制算法。所述相位控制算法包括但不限于目前本领域广泛应用的随机并行梯度下降算法。

10、另一方面，本发明提供一种空间光接收机，包括信号处理器以及上述提供的任一种多孔径接收装置，所述多孔径接收装置的总输出端口连接信号处理器。

11、另一方面，本发明提供一种空间光通信系统，包括上述提供的空间光接收机。

12、相比现有技术，本发明的有益技术效果：

13、本发明通过级联结构的相位控制光路，提高同等孔径数目下的相位控制带宽，提高了多孔径接收系统的通信性能和扩展性。

技术特征：

1.多孔径接收装置，其特征在于，包括空间光接收单元和相位控制光路，所述相位控制光路为级联结构，空间光接收单元包括多个接收孔径，每m1个接收孔径对应连接一个一级子相位控制单元，每m2个一级子相位控制单元的输出端口对应连接一个二级子相位控制单元，依次类推，每mn个n-1级子相位控制单元的输出端口对应连接n级子相位控制单元，n级子相位控制单元的输出端口作为总输出端口。

2.根据权利要求1所述的多孔径接收装置，其特征在于，一级子相位控制单元包括m1个一级相位调制器、一个m1合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的一级1分2光纤耦合器件、一个一级光电探测器和一个一级相位控制器，各一级相位调制器的一端对应连接一个接收孔径，m1个一级相位调制器的另一端均与一级m1合1等比例光纤耦合器件光连接，一级m1合1等比例光纤耦合器件与一级1分2光纤耦合器件光连接，一级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为一级子相位控制单元的输出端口；一级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与一级光电探测器光连接，所述一级光电探测器与一级相位控制器电连接，一级相位控制器与m1个一级相位调制器电连接。

3.根据权利要求2所述的多孔径接收装置，其特征在于，二级子相位控制单元包括m2个二级相位调制器、一个m2合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的二级1分2光纤耦合器件、一个二级光电探测器和一个二级相位控制器，各二级相位调制器的一端对应连接一个一级子相位控制单元的输出端口，m2个二级相位调制器的另一端均与二级m2合1等比例光纤耦合器件光连接，二级m2合1等比例光纤耦合器件与二级1分2光纤耦合器件光连接，二级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为二级子相位控制单元的输出端口；二级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与二级光电探测器光连接，所述二级光电探测器与二级相位控制器电连接，二级相位控制器与m2个二级相位调制器电连接。

4.根据权利要求3所述的多孔径接收装置，其特征在于，n级子相位控制单元包括mn个n级相位调制器、一个n级mn合1等比例光纤耦合器件、一个高分光比的n级1分2光纤耦合器件、一个n级光电探测器和一个n级相位控制器，各n级相位调制器的一端对应连接一个n-1级子相位控制单元的输出端口，mn个n级相位调制器的另一端均与n级mn合1等比例光纤耦合器件光连接，n级mn合1等比例光纤耦合器件与n级1分2光纤耦合器件光连接，n级1分2光纤耦合器件具有两个输出端，其中一个输出端输出的大部分功率的激光，为较强输出端，所述较强输出端做为n级子相位控制单元的输出端口；n级1分2光纤耦合器件的另一个输出端输出其余小部分功率的激光，为较弱输出端，所述较弱输出端与n级光电探测器光连接，所述n级光电探测器与n级相位控制器电连接，n级相位控制器与mn个n级相位调制器电连接。

5.根据权利要求4所述的多孔径接收装置，其特征在于，空间光接收单元包含m1×m2×...×mn个接收孔径。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的多孔径接收装置，其特征在于，所述n大于等于2。

7.根据权利要求4所述的多孔径接收装置，其特征在于，各级相位控制器上均预先加载有相同的相位控制算法。

8.根据权利要求4所述的多孔径接收装置，其特征在于，所述n为3或4或5。

9.空间光接收机，其特征在于，包括信号处理器以及如权利要求1或2或3或4或5所述的多孔径接收装置，所述多孔径接收装置的总输出端口连接信号处理器。

10.空间光通信系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的空间光接收机。

技术总结
本发明提出一种多孔径接收装置、空间光接收机及通信系统，包括空间光接收单元和相位控制光路，所述相位控制光路为级联结构，空间光接收单元包括多个接收孔径，每M<subgt;1</subgt;个接收孔径对应连接一个一级子相位控制单元，每M<subgt;2</subgt;个一级子相位控制单元的输出端口对应连接一个二级子相位控制单元，依次类推，每M<subgt;N</subgt;个N‑1级子相位控制单元的输出端口对应连接N级子相位控制单元，N级子相位控制单元的输出端口作为总输出端口。本发明通过级联结构的相位控制光路，提高同等孔径数目下的相位控制带宽，提高了多孔径接收系统的通信性能和扩展性。

技术研发人员：张雨秋,常洪祥,殳博王,粟荣涛,冷进勇,吴坚,李灿,姜曼,周朴
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13