本发明涉及激光通信领域，尤其是涉及多路激光通信终端领域。随着卫星互联网的发展，越来越多的卫星星座具有卫星组网的需求，数据业务对于卫星之间的数据流量要求也越来越高。相对于传统的微波通信而言，激光通信具有通信速率高、通信容量大、体积小、重量轻、功耗低、无频段限制等多方面的优势，具有非常明显的性价比优势，因此激光通信越来越成为星上通信的主流手段。
背景技术：
1、为了使得卫星之间互相联系组网，每颗卫星都需要和多颗卫星同时保持激光建链关系，因此要求每颗卫星具备有多路通信的能力。目前卫星和多个卫星同时建链一般采用的是在卫星上布局多个激光通信终端中的光学头，每个光学头分别负责和一颗卫星通信。这会使得每颗卫星上的光学头数目较多，整体重量上升，本发明提供一种可以支持多路通信的激光通信终端，使得多路激光通信的重量大大降低。
技术实现思路
1、本发明提出了一种支持多路通信的激光通信终端，包含单路模块、多路汇聚模块、收发模块。各模块的连接关系如图1所示，一个或多个单路模块通过光路连接至多路汇聚模块，多路汇聚模块通过光路连接至收发模块。
2、其中，单路模块主要用于各路通信光进行大范围转动对准，主要由转台机构和光学镜片组成，是一种具有多维转动的能力的模块；一般而言，单路模块包含光学天线模块，转动模块1、转动模块2、转台光路模块。如图2所示的单路模块中，光学天线模块通过光路分别连接至转台光路模块和自由空间，转台光路模块还通过光路连接至多路汇聚模块。
3、光学天线模块主要用于对光束进行扩束，一般是光学望远镜结构；优选的，光学天线模块的光轴和转动模块1的旋转轴平行。
4、转动模块1和转动模块2为机械结构，通过机械连接至转台光路模块，转动模块1的旋转轴和转动模块2的旋转轴垂直。
5、转台光路模块主要用于实现在转台转动时保持光路连接不变。优选的，转台光路模块由两个平行放置的反射镜组成，反射镜1和2一般都与光学天线模块的光轴成45°夹角。
6、多路汇聚模块用于将多个单路模块的光汇聚到同一条光路上进行传输。只有具有将多个方向的光束汇聚至后续光学面上的装置均可作为多路汇聚模块。一种可选的的装置如图3所示，多路汇聚模块由多个反射镜和二维偏转阵列构成，多个反射镜根据各路单独模块的位置放置成对应的角度，使得来自各路单独模块的光束经过对应的反射镜后汇聚到二维偏转阵列上。二维偏转阵列可以实现多个光束的独立的二维偏转，优选的，二维偏转阵列是二维mems阵列。
7、优选的，如图4所示，多路汇聚模块还可以加入缩束汇聚模块来优化性能，多路汇聚模块一般与多个反射镜出射光通过光路连接，并且将缩束汇聚后的多个光束输出至二维偏转阵列。
8、如图5所示，多路汇聚模块还可以由多个具有二维偏转功能的反射镜构成，优选的，具有二维偏转功能的反射镜可以是音圈振镜或者pzt振镜。同样的，这类的多路汇聚模块还可以加入缩束汇聚模块来优化性能。如图6所示，这类多路汇聚模块一般放置在多个反具有二维偏转功能的反射镜的出射光方向，通过光路连接的方式将缩束汇聚后的多个光束输出至收发模块。
9、缩束汇聚模块由透镜组构成，具有将多个方向的汇聚的光束尺寸缩小的功能。优选的，缩束汇聚模块可以由一个望远镜缩束镜组配合一个汇聚镜或镜组构成，也可以由一个望远镜缩束镜组配合一个发散镜或者镜组构成。
10、收发模块包含信号发射模块、收发分离模块、捕跟信号分离模块、捕跟模块、信号接收模块，收发模块的连接关系示意图如图7所示。
11、信号发射模块将激光信号发射至空间中，并通过光路与收发分离模块连接。优选的，信号发射模块由光纤阵列和镜头组构成，光纤阵列放置在镜头组的焦平面附近。
12、收发分离模块与信号发射模块、捕跟信号分离模块以及多路汇聚模块通过光路连接。收发分离模块将来自信号发射模块的激光信号输出至多路汇聚模块，将来自多路汇聚模块的激光信号输出至捕跟信号分离模块。优选的，收发分离模块可以是波长分光镜或者偏振分光镜。
13、捕跟信号分离模块与收发分离模块、捕跟模块、信号接收模块通过光路连接。捕跟信号分离模块将来自收发分离模块的激光信号分别输出至捕跟模块和信号接收模块。优选的，捕跟信号分离模块可以是能量分光镜或者波长分光镜。
14、捕跟模块包含镜组和探测器，不同方向的光束会汇聚到探测器的不同位置。优选的，捕跟模块有一组汇聚镜组加探测器构成，探测器放置于汇聚镜组的焦平面附近。
15、信号接收模块将空间的激光信号汇聚到光纤中或者汇聚到信号探测器上。优选的，信号接收模块有汇聚镜组和光纤阵列构成，光纤阵列放置在汇聚镜组的焦平面附近。信号接收模块还可以由汇聚镜组和探测器阵列构成，探测器阵列放置在汇聚镜组的焦平面附近。
16、优选的，在信号发射模块和收发分离模块之间还可以加入提前瞄准模块来优化性能，提前瞄准模块与信号发射模块通过光路连接，提前瞄准模块将信号发射模块发射的激光信号输出至收发分离模块。
17、提前瞄准镜是二维偏转阵列，优选的，二维偏转阵列是二维mems阵列。
18、本发明的激光通信终端里，只要单路模块的光束可以被多路汇聚模块汇聚到后续的光学面上，各路单路模块可以以任何方式排布。其中典型的几种排布方式如图8所示，单路可以排布在多路汇聚模块的单侧、两侧或者多个方向上。
19、创新点说明
20、1、通用的多路激光通信终端一般采用一个主控箱配个多个光学头方式进行，在光学头上没有任何的复用方式，本发明通过共后处理光路设计，多路通信共用一个后处理光路，降低了多路激光通信终端的重量。
21、2、传统的光学头，转台需要支撑整个光学光路的转动，或者需要在天线发射方向加入连个大面积的偏振镜构造出潜望镜使转台。本发明中通过光学天线+转台结合的方式，转台只需要支撑光学天线的转动，大大减小转台的尺寸，降低了多路激光通信终端的重量。
22、实施例
23、实施例1的具体实施方式如图9所示，光路发射模块将来自光纤阵列的各路激光信号通过光路输出至mems阵列的不同部位，mems阵列通过对各路激光信号配置不同的偏转角，使得各路激光信号都输出至二向色镜（dm），并对于收发不同轴进行补充的同时进行提前角的匹配，使得各路激光信号可以适配不同单路模块对应的激光通信建链要求。
24、dm将各路激光信号输出至缩束汇聚镜组，缩束汇聚镜组将各路激光信号输出至对应各个单路模块的振镜上，每个振镜将接收的激光信号输出至对应的单路模块中。各个单路模块中的转台光路模块接收来自振镜的光束后将其输出至光学天线模块，光学天线模块再将激光信号输出自由空间。转台光路模块由两块平行的反射镜组成，反射镜的法线方向与光学天线模块的光轴方向呈45°角，使得转台光路模块内部光束方向与光学天线模块光轴方向垂直。于此同时，光学天线模块也会接收来自自由空间中的激光信号并将其输出至转台光路模块，根据光路可逆原理，激光信号沿着发射路径被输出至dm。由于收发激光信号的波长不同，接收的各路激光信号将被输出至能量分光镜（bs）上，bs将接收各路激光信号的一部分能量输出至精跟踪光路，精跟踪光路再将各路激光信号输出至精跟踪相机上形成各路激光信号对应的位置探测光斑，进行各路激光信号的位置探测。同时，bs将各路激光信号的另一部分能量输出至接收光路，接收光路再将各路激光信号输出至接收光纤阵列。
25、在各个单路模块中还有转动模块1和转动模块2，转动模块1和转动模块2与转台光路模块、光学天线模块通过机械连接，并且转动模块1和转动模块2的转轴分别与转台光路模块的光轴、光学天线模块的光轴重合，转台光路模块的光轴与光学天线模块的光轴垂直，这使得转动模块1和转动模块2可以带动光学天线模块进行二维转动而转台光路模块输出至振镜的光束方向保持不变。
26、实施例1中的多路激光通信终端在进行对准通信时，先通过转动模块1与转动模块2先进行预指向、扫描、捕获以及粗对准，在粗对准完成后根据精跟踪相机上的光斑位置反馈控制振镜完成精跟踪，从而实现激光链路对准建链，开始通信。由于各路激光通信使用不同的单路模块以及对应的振镜，因此各路激光通信可以同时在不同方向上工作，进行建链。而后各路激光信号汇聚至接收光纤阵列中对应的光纤进行接收，实现统一的后处理光路设计。
27、实施例2的具体实施方式如图10所示，光路发射模块将来自光纤阵列的各路激光信号通过光路输出至mems阵列2的不同部位，mems阵列2通过对各路激光信号配置不同的偏转角，使得各路激光信号都输出至二向色镜（dm），并对于收发不同轴进行补充的同时进行提前角的匹配，使得各路激光信号可以适配不同单路模块对应的激光通信建链要求。
28、dm将各路激光信号输出至mems阵列1，mems阵列1再将各路激光信号输出至缩束汇聚镜组，缩束汇聚镜组将各路激光信号输出至对应各个单路模块的振镜上，每个振镜将接收的激光信号输出至对应的单路模块中。各个单路模块中的转台光路模块接收来自振镜的光束后将其输出至光学天线模块，光学天线模块再将激光信号输出自由空间。转台光路模块由两块平行的反射镜组成，反射镜的法线方向与光学天线模块的光轴方向呈45°角，使得转台光路模块内部光束方向与光学天线模块光轴方向垂直。于此同时，光学天线模块也会接收来自自由空间中的激光信号并将其输出至转台光路模块，根据光路可逆原理，激光信号沿着发射路径被输出至dm。由于收发激光信号的波长不同，接收的各路激光信号将被输出至能量分光镜（bs）上，bs将接收各路激光信号的一部分能量输出至精跟踪光路，精跟踪光路再将各路激光信号输出至精跟踪相机上形成各路激光信号对应的位置探测光斑，进行各路激光信号的位置探测。同时，bs将各路激光信号的另一部分能量输出至接收光路，接收光路再将各路激光信号输出至接收光纤阵列。
29、在各个单路模块中还有转动模块1和转动模块2，转动模块1和转动模块2与转台光路模块、光学天线模块通过机械连接，并且转动模块1和转动模块2的转轴分别与转台光路模块的光轴、光学天线模块的光轴重合，转台光路模块的光轴与光学天线模块的光轴垂直，这使得转动模块1和转动模块2可以带动光学天线模块进行二维转动而转台光路模块输出至振镜的光束方向保持不变。
30、实施例2中的多路激光通信终端在进行对准通信时，先通过转动模块1与转动模块2先进行预指向、扫描、捕获以及粗对准，在粗对准完成后根据精跟踪相机上的光斑位置反馈控制振镜完成精跟踪，从而实现激光链路对准建链，开始通信。由于各路激光通信使用不同的单路模块以及对应的mems阵列1的不同区域，因此各路激光通信可以同时在不同方向上工作，进行建链。而后各路激光信号汇聚至接收光纤阵列中对应的光纤进行接收，实现统一的后处理光路设计。
1.本发明提供一种支持多路通信的激光通信终端，包含单路模块、多路汇聚模块、收发模块，其中一个或多个单路模块通过光路连接至多路汇聚模块，多路汇聚模块通过光路连接至收发模块。
2.根据权利要求1，单路模块主要用于各路通信光进行大范围转动，主要由转台机构和光学镜片组成；优选的，单路模块包含光学天线模块，转动模块1、转动模块2、转台光路模块，其中光学天线模块通过光路分别连接至转台光路模块和自由空间，转台光路模块还通过光路连接至多路汇聚模块。
3.根据权利要求2，光学天线模块主要用于对光束进行扩束，一般是光学望远镜结构；优选的，光学天线模块的光轴和转动模块1的旋转轴平行。
4.根据权利要求2，转动模块1和转动模块2为机械结构，通过机械连接至转台光路模块，转动模块1的旋转轴和转动模块2的旋转轴垂直。
5.根据权利要求2，转台光路模块主要用于实现在转台转动时保持光路连接不变；优选的，转台光路模块由两个平行放置的反射镜组成，反射镜1和2都与光学天线模块的光轴成45°夹角。
6.根据权利要求1，多路汇聚模块用于将多个单路模块的光汇聚到同一条光路上进行传输；可选的，多路汇聚模块由多个反射镜和二维偏转阵列构成，多个反射镜根据各路单独模块的位置放置成对应的角度，使得来自各路单独模块的光束经过对应的反射镜后汇聚到二维偏转阵列上。
7.根据权利要求6，二维偏转阵列可以实现多个光束的独立的二维偏转，优选的，二维偏转阵列是二维mems阵列。
8.根据权利要求6，优选的，多路汇聚模块还可以加入缩束汇聚模块来优化性能，多路汇聚模块一般与多个反射镜出射光通过光路连接，并且将缩束汇聚后的多个光束输出至二维偏转阵列。
9.根据权利要求1，多路汇聚模块还可以由多个具有二维偏转功能的反射镜构成，优选的，具有二维偏转功能的反射镜可以是音圈振镜或者pzt振镜。
10.根据权利要求9，多路汇聚模块还可以加入缩束汇聚模块来优化性能，多路汇聚模块一般放置在多个反具有二维偏转功能的反射镜的出射光方向，通过光路连接的方式将缩束汇聚后的多个光束输出至收发模块。
11.根据权利要求8或10，缩束汇聚模块由透镜组构成，具有将多个方向的汇聚的光束尺寸缩小的功能；优选的，缩束汇聚模块可以由一个望远镜缩束镜组配合一个汇聚镜或镜组构成，也可以由一个望远镜缩束镜组配合一个发散镜或者镜组构成。
12.根据权利要求1，收发模块包含信号发射模块、收发分离模块、捕跟信号分离模块、捕跟模块、信号接收模块。
13.根据权利要求12，信号发射模块将激光信号发射至空间中，并通过光路与收发分离模块连接；优选的，信号发射模块由光纤阵列和镜头组构成，光纤阵列放置在镜头组的焦平面附近。
14.根据权利要求12，收发分离模块与信号发射模块、捕跟信号分离模块以及多路汇聚模块通过光路连接；收发分离模块将来自信号发射模块的激光信号输出至多路汇聚模块，将来自多路汇聚模块的激光信号输出至捕跟信号分离模块；优选的，收发分离模块可以是波长分光镜或者偏振分光镜。
15.根据权利要求12，捕跟信号分离模块与收发分离模块、捕跟模块、信号接收模块通过光路连接；捕跟信号分离模块将来自收发分离模块的激光信号分别输出至捕跟模块和信号接收模块；优选的，捕跟信号分离模块可以是能量分光镜或者波长分光镜。
16.根据权利要求12，捕跟模块包含镜组和探测器，不同方向的光束会汇聚到探测器的不同位置；优选的，捕跟模块有一组汇聚镜组加探测器构成，探测器放置于汇聚镜组的焦平面附近。
17.根据权利要求12，信号接收模块将空间的激光信号汇聚到光纤中或者汇聚到信号探测器上；优选的，信号接收模块有汇聚镜组和光纤阵列构成，光纤阵列放置在汇聚镜组的焦平面附近；信号接收模块还可以由汇聚镜组和探测器阵列构成，探测器阵列放置在汇聚镜组的焦平面附近。
18.根据权利要求12，优选的，在信号发射模块和收发分离模块之间还可以加入提前瞄准模块来优化性能，提前瞄准模块与信号发射模块通过光路连接，提前瞄准模块将信号发射模块发射的激光信号输出至收发分离模块。
19.根据权利要求18，提前瞄准镜是二维偏转阵列，优选的，二维偏转阵列是二维mems阵列或者硅基液晶器件。
