一种用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置及应用方法

本发明涉及激光通信，具体涉及一种用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置及应用方法。

背景技术：

1、远程激光加密通信技术将具有方向性和隐蔽性的激光作为载体传输加密信息，以光电异或逻辑门作为信号转换装置对激光信号进行自动解密，可实现安全、稳定、高速的加密通信，因而受到了广泛的关注。而激光对准作为远程激光加密通信技术中至关重要的一环，是保证通信过程稳定、可靠、精准的重要前提。其要求多束激光同时对准，还要求激光发射器输出合适的功率，以满足光电异或逻辑门的正常运行需求。目前远程激光通信系统中的激光对准装置和方法往往需要借助传统无线电通讯技术进行实时反馈调节。这种激光对准的方式一方面过程复杂繁琐，另一方面由于传统的无线电通信技术使用的电磁波在空间内自由传播，极易被非法窃听和劫持，导致安全性降低。因此，开发一种无需使用额外的无线电通信进行交互反馈的激光对准和校正装置及应用方法，有助于进一步提高远程激光加密通信的安全性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置及应用方法，解决现有技术中远程激光加密通信系统中激光对准和校正的难题。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置，包括：激光发射器甲、激光发射器乙、激光扩束器甲、激光扩束器乙、光电异或逻辑门、激光反射挡板、激光探测器甲、激光探测器乙、万向旋转平台和三轴移动平台，

4、其中，所述激光发射器甲和所述激光发射器乙分别用于发送激光加密通信的密文和密钥；

5、所述激光扩束器甲和所述激光扩束器乙分别安装在所述激光发射器甲和所述激光发射器乙前端，用于对激光光斑的尺寸进行连续调节；

6、所述光电异或逻辑门用于接收激光发射器发射的激光信号，并实现自动解密输出；

7、所述激光反射挡板被平行布置在所述光电异或逻辑门的前端，用于实现对激光的镜面反射；

8、所述激光探测器甲和所述激光探测器乙分别被安装在所述激光发射器甲和所述激光发射器乙上，用于探测到由所述激光反射挡板反射回的激光信号的强度及频率。

9、如上所述的用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置，进一步地，所述激光反射挡板被设置为关闭和打开两种状态，关闭状态下激光照射在反射挡板上发生镜面反射，打开状态下激光将照射到光电异或逻辑门的光响应区域。

10、如上所述的用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置，进一步地，所述激光发射器能够根据所述激光探测器探测到的反射激光的光强，通过预设的算法调整光强到满足光电异或逻辑门正常运行的光强。

11、如上所述的用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置，进一步地，所述万向旋转平台用于承载所述光电异或逻辑门和所述激光反射挡板，能够实现任意角度的精细调节。

12、如上所述的用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置，进一步地，所述三轴移动平台用于承载所述光电异或逻辑门、所述激光反射挡板和所述万向旋转平台，能够实现三维空间的精准位移。

13、第二方面，本发明提供一种如上任一所述的用于远程激光加密通信系统的激光对准和校正装置的应用方法，包括以下步骤：

14、在通信发射端，在不进行激光通信时，激光发射器甲和激光发射器乙处于关闭状态；

15、在通信接收端，在不进行激光通信时，光电异或逻辑门沿竖直轴匀速旋转，保持激光反射挡板打开，处于信号搜寻状态随时待命；

16、在通信发射端，收到与通信接收端进行激光通信的命令后，启动激光发射器甲，保持激光发射功率不变，在定位系统的辅助下，使激光发射器甲的激光向着通信接收端的光电异或逻辑门所在方向发射，并根据通信发射端和通信接收端之间的距离，调节激光扩束器甲使其照射在通信接收端的激光光斑大于定位系统精度，确保激光光斑能够覆盖光电异或逻辑门；

17、在通信接收端，光电异或逻辑门被激光发射器甲发射的激光照射到后，光电异或逻辑门出现光响应信号突增，即判断激光发射器甲试图与其进行对准，之后保持位置不变，旋转至光响应信号最强的方向，之后保持方向不变，移动追踪至光响应信号最强的位置，之后保持位置不变，旋转至光响应信号最强的方向，之后记录该位置和方向，此时，光电异或逻辑门位于激光光斑中心位置，且激光沿光电异或逻辑门的法向方向入射，之后以频率f反复打开和关闭激光反射挡板，将激光以频率f反射回位于通信发射端的激光探测器甲。

18、如上所述的应用方法，进一步地，

19、在通信发射端，激光探测器甲接收到频率为f的反射信号后，调节激光扩束器甲，使激光光斑直径缩小，此过程中若激光探测器甲接收到的反射激光光强降低，则说明光斑偏离了光电异或逻辑门光响应区域，停止缩小光斑直径，维持激光发射器甲的发射角度不变，微调激光发射器甲的位置，重新追踪到激光探测器甲检测到最强反射激光的位置后，继续缩小光斑直径，直至光斑尺寸能刚好覆盖光电异或逻辑门光响应区域，之后根据激光探测器甲接收到的反射激光光强，通过算法调节激光发射器甲的功率，保证光电异或逻辑门接收到的光强能够满足其正常运行的要求，之后关闭激光发射器甲，之后向激光发射器乙发出激光发射器甲对准已完成的讯息；

20、在通信接收端，光电异或逻辑门检测到光响应信号突降后，确认激光反射器甲对准已完成，之后打开激光反射挡板，保持光电异或逻辑门位置和方向不变，等待与激光发射器乙进行对准；

21、在通信发射端，激光发射器乙收到激光发射器甲对准已完成的讯息后，启动激光发射器乙，保持激光发射功率不变，在定位系统的辅助下，使激光发射器乙的激光向着通信接收端的光电异或逻辑门所在方向发射，并根据通信发射端和通信接收端之间的距离，调节激光扩束器乙使其照射在通信接收端的激光光斑大于定位系统精度，确保激光光斑能够覆盖光电异或逻辑门；

22、在通信接收端，光电异或逻辑门被激光发射器乙发射的激光照射到后，光电异或逻辑门出现明显的光响应信号突增，即判断激光发射器乙试图与其进行对准，之后保持方向不变，沿着光电异或逻辑门的法向方向，即激光发射器甲的激光发射方向，移动追踪至光响应信号最强的位置，之后保持位置不变，旋转至光响应信号最强的方向，之后记录该位置和方向，此时，激光沿光电异或逻辑门的法向方向入射，之后以频率f反复打开和关闭激光反射挡板，将激光以频率f反射回位于通信发射端的激光探测器乙。

23、如上所述的应用方法，进一步地，

24、在通信发射端，激光探测器乙收到频率为f的反射信号后，调节激光扩束器乙，使激光光斑直径缩小，此过程中若激光探测器乙接收到的反射激光光强降低，则说明光斑偏离了光电异或逻辑门光响应区域，停止缩小光斑直径，维持激光发射器乙的发射角度不变，微调激光发射器乙的位置，重新追踪到激光探测器乙检测到最强反射激光的位置后，继续缩小光斑直径，直至光斑尺寸能刚好覆盖光电异或逻辑门光响应区域，之后根据激光探测器乙接收到的反射激光光强，通过算法调节激光发射器乙的功率，保证光电异或逻辑门接收到的光强能够满足其正常运行的要求，之后关闭激光发射器乙，之后向激光发射器甲发出激光发射器乙对准已完成的讯息；

25、在通信发射端，激光发射器甲收到激光发射器乙对准已完成的讯息后，启动激光发射器甲，保持激光发射功率不变；

26、在通信接收端，光电异或逻辑门检测到光响应信号突降，确认激光发射器乙对准已完成，之后保持位置不变，通过算法计算，调节光电异或逻辑门的法向角度正好位于甲、乙激光器两束激光的中心位置，保证两束激光的入射角度一致，此时激光发射器甲发射的激光被激光反射挡板以频率f反射至激光探测器乙，记录此时光电异或逻辑门的输出信号值，即光电异或逻辑门输入为(1，0)时的输出信号值；

27、在通信发射端，激光探测器乙接收到频率为f的反射激光，确认所有的对准和校正已完成，之后启动激光发射器乙，通过反射信号告知激光发射器甲所有的对准和校正已完成；

28、在通信发射端，激光探测器甲接收到频率为f的反射激光，确认所有的对准和校正已完成；

29、在通信接收端，光电异或逻辑门由激光发射器甲单独照射变为激光发射器甲和激光发射器乙共同照射，光响应信号发生突降，确认激光发射器甲、激光发射器乙均已知晓所有的对准和校正已完成，记录此时光电异或逻辑门的输出信号值，即光电异或逻辑门输入为(1，1)时的输出信号值，之后设置光电异或逻辑门的阈值大于输入为(1，1)时的输出信号值，小于输入为(1，0)时的输出信号值，之后打开激光反射挡板，等待接收远程激光加密信息的传输，此时由通信发射端发射的激光的反射将会大大减弱，且频率变为0；

30、在通信发射端，激光探测器甲和激光探测器乙接收到的反射激光突降，且频率降为0，确认光电异或逻辑门工作状态正常，开始发送远程激光加密信息。

31、如上所述的应用方法，进一步地，激光反射挡板的开关频率f由光电异或逻辑门、激光探测器甲和激光探测器乙的响应速度共同决定，满足1/f大于响应速度。

32、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

33、本发明无需使用额外的无线电通信进行交互反馈即可实现激光自动对准和校正，进一步提高了远程激光加密通信的安全性和可靠性。此外，本发明能够进一步提升激光通信的安全性，降低通信系统的复杂性，提高通信稳定性，无论是在军用还是民用领域，均具有广阔的应用前景。