本發(fā)明屬于無(wú)線高速光通信，具體涉及一種基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置。

背景技術(shù)：

1、近些年來(lái)，隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)的衛(wèi)星遙感、觀測(cè)、通信領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，星載系統(tǒng)面臨著系統(tǒng)內(nèi)部高達(dá)百吉比特量級(jí)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸難題。相比傳統(tǒng)的微波信號(hào)傳輸模式，光纖通信因其高帶寬、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)成為了艙內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕鉀Q方法之一。由于星載系統(tǒng)集成的功能愈發(fā)多樣，固定式的載荷艙逐漸向著可旋轉(zhuǎn)的模式升級(jí)，使不同的端機(jī)可以同時(shí)工作。但載荷艙與平臺(tái)艙相互運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系也使得兩艙間的高速率信息傳輸難度增大，微波電纜與光纖作為固定連接方式十分容易受到艙間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。而無(wú)線光信息傳輸?shù)哪Ｊ皆诶^承光纖通信的高速率傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)下，避免了兩艙相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致光纖中的光信號(hào)發(fā)生模式變化導(dǎo)致誤碼率的提高。

2、載荷艙相對(duì)平臺(tái)艙發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中載荷艙的光軸會(huì)發(fā)生偏差，這種偏差包含光軸平移偏差和光軸角度偏差，其中光軸角度偏差的起始于軸承后端一定距離處的軸系中心，隨著軸承的長(zhǎng)度增大、載荷重量增加，載荷艙旋轉(zhuǎn)時(shí)的光軸偏差會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，傳統(tǒng)空間光傳輸方案采用對(duì)稱的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近平行光傳輸，并在接收靶面會(huì)聚為高斯分布的光斑，能量主要集中在光斑中心位置，該方法在靜態(tài)條件下可以通過(guò)高精度裝調(diào)獲得最佳的耦合效率，但在載荷艙動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)下，載荷艙發(fā)射的光束受艙間的光軸偏差的影響，只有部分光斑可以進(jìn)入靶面，導(dǎo)致裝置的光強(qiáng)損耗極大且劇烈波動(dòng)。

3、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?02210116019.7?”，專利名稱為“動(dòng)態(tài)條件下多數(shù)據(jù)的艙間超高速高可靠無(wú)線光通信裝置”，其描述了艙內(nèi)高速無(wú)線激光通信裝置，采用常規(guī)準(zhǔn)直器的方式實(shí)現(xiàn)空間光信號(hào)傳輸。不過(guò)該裝置沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)條件下艙間的相對(duì)光軸動(dòng)態(tài)誤差，在系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下通信系統(tǒng)的光功率會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，降低系統(tǒng)的通信質(zhì)量，使得該方案在實(shí)際使用中的可靠性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)艙間無(wú)線光信號(hào)傳輸光軸動(dòng)態(tài)偏差大，光耦合效率低的問(wèn)題，提出一種基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置。

2、本發(fā)明解決問(wèn)題的技術(shù)方案是：

3、基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，該裝置包括載荷艙和平臺(tái)艙以及依次同軸設(shè)置的激光器、發(fā)射單模光纖、玻璃管一、泄壓器一、非球面透鏡一、非球面透鏡二、泄壓器二、玻璃管二、接收單模光纖和光放大器；

4、所述載荷艙與平臺(tái)艙相互不接觸；

5、所述載荷艙內(nèi)設(shè)置有激光器、發(fā)射單模光纖、玻璃管一、泄壓器一和非球面透鏡一；

6、所述平臺(tái)艙內(nèi)設(shè)置有非球面透鏡二、泄壓器二、玻璃管二、接收單模光纖和光放大器；

7、所述激光器通過(guò)發(fā)射單模光纖與玻璃管一采用熔接方式連接；泄壓器一放置于玻璃管一前端；非球面透鏡一放置于泄壓器一前端；非球面透鏡二放置于非球面透鏡一前方；泄壓器二放置于非球面透鏡二前端；玻璃管二放置于泄壓器二前端；玻璃管二與接收單模光纖采用熔接方式連接，接收單模光纖與光放大器通過(guò)法蘭連接。

8、所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)發(fā)射單模光纖過(guò)濾后輸出單模高斯點(diǎn)光束，經(jīng)過(guò)玻璃管一傳輸后到達(dá)泄壓器一，泄壓器一通過(guò)排出內(nèi)部空氣形成真空層，光束經(jīng)過(guò)泄壓器一到達(dá)非球面透鏡一，光束經(jīng)過(guò)非球面透鏡一進(jìn)行會(huì)聚；非球面透鏡一出射的光束經(jīng)過(guò)非球面透鏡二、泄壓器二、玻璃管二后在接收單模光纖的入射面形成離焦光斑，該離焦光斑中心能量向四周分散；該光束經(jīng)過(guò)接收單模光纖進(jìn)入光放大器進(jìn)行處理。

9、本發(fā)明的有益效果是：

10、本發(fā)明中發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)采用會(huì)聚光學(xué)結(jié)構(gòu)，接收光學(xué)系統(tǒng)采用發(fā)散光學(xué)結(jié)構(gòu)。在載荷艙旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)載荷艙與平臺(tái)艙間傳輸光束的能量分布，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)艙接收靶面光斑尺寸的最優(yōu)化。本發(fā)明在光學(xué)系統(tǒng)中接收端，通過(guò)調(diào)整單模光纖接收端面的位置，在系統(tǒng)中引入了光學(xué)離焦量，使接收靶面位置的光斑能量產(chǎn)生勻化效應(yīng)，在載荷艙動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的能量衰減降低，功率波動(dòng)減弱，有效提高空間光傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，其特征是，該裝置包括載荷艙（1）和平臺(tái)艙（2）以及依次同軸設(shè)置的激光器（3）、發(fā)射單模光纖（4）、玻璃管一（5）、泄壓器一（6）、非球面透鏡一（7）、非球面透鏡二（8）、泄壓器二（9）、玻璃管二（10）、接收單模光纖（11）和光放大器（12）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，其特征在于，所述激光器（3）、發(fā)射單模光纖（4）、玻璃管一（5）、泄壓器一（6）和非球面透鏡一（7）均通過(guò)機(jī)械工裝連接在載荷艙（1）上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，其特征在于，所述非球面透鏡二（8）、泄壓器二（9）、玻璃管二（10）、接收單模光纖（11）和光放大器（12）均通過(guò)機(jī)械工裝連接在平臺(tái)艙（2）上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，其特征在于，所述激光器（3）發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)發(fā)射單模光纖（4）過(guò)濾后輸出單模高斯點(diǎn)光束，經(jīng)過(guò)玻璃管一（5）傳輸后到達(dá)泄壓器一（6），泄壓器一（6）通過(guò)排出內(nèi)部空氣形成真空層，光束經(jīng)過(guò)泄壓器一（6）到達(dá)非球面透鏡一（7），光束經(jīng)過(guò)非球面透鏡一（7）進(jìn)行會(huì)聚；非球面透鏡一（7）出射的光束經(jīng)過(guò)非球面透鏡二（8）、泄壓器二（9）、玻璃管二（10）后在接收單模光纖（11）的入射面形成離焦光斑，該離焦光斑中心能量向四周分散；該光束再經(jīng)過(guò)接收單模光纖（11）進(jìn)入光放大器（12）進(jìn)行處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，其特征在于，在載荷艙（1）旋轉(zhuǎn)時(shí)，受到慣性和機(jī)械振動(dòng)噪聲的影響，載荷艙（1）與平臺(tái)艙（2）的光軸會(huì)發(fā)生周期性的偏移和偏轉(zhuǎn)，使載荷艙（1）內(nèi)激光器（3）發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射單模光纖（4）、玻璃管一（5）、泄壓器一（6）、非球面透鏡一（7）后，出射的光束到達(dá)非球面透鏡二（8）時(shí)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)其中心；光束在經(jīng)過(guò)非球面透鏡二（8）、泄壓器二（9）、玻璃管二（10）后，在接收單模光纖（11）的入射端面處形成光斑，光斑尺寸大于接收單模光纖（11）的光纖端面，光斑呈現(xiàn)周期性的跳動(dòng)；光斑跳動(dòng)時(shí)，大部分的光能量仍可通過(guò)接收單模光纖（11）傳輸至光放大器（12）進(jìn)行光放大并處理。

技術(shù)總結(jié)
基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)條件下艙內(nèi)高可靠空間光傳輸裝置，屬于無(wú)線高速光通信技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)艙間無(wú)線光信號(hào)傳輸光軸動(dòng)態(tài)偏差大，光耦合效率低的問(wèn)題，該裝置包括載荷艙和平臺(tái)艙以及依次同軸設(shè)置的激光器、發(fā)射單模光纖、玻璃管一、泄壓器一、非球面透鏡一、非球面透鏡二、泄壓器二、玻璃管二、接收單模光纖和光放大器；所述載荷艙與平臺(tái)艙相互不接觸；所述載荷艙內(nèi)設(shè)置有激光器、發(fā)射單模光纖、玻璃管一、泄壓器一和非球面透鏡一；所述平臺(tái)艙內(nèi)設(shè)置有非球面透鏡二、泄壓器二、玻璃管二、接收單模光纖和光放大器；本發(fā)明在載荷艙動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的能量衰減降低，功率波動(dòng)減弱，有效提高空間光傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：南航,高培鈞,張鵬,王大帥,佟首峰,常帥,張雷,永強(qiáng),孫先勝,張敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8