基于多源融合的激光波长捕获方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及激光通信传输技术领域，尤其涉及一种基于多源融合的激光波长捕获方法、装置、设备及介质。

背景技术

卫星的大动态（典型值±6GHz）、激光器频率随温度的漂移，使得接收信号频差大，对本振激光器调谐和数字变频可完成接收信号频率补偿。然而当存在大多普勒时，接收信号主瓣可能部分或全部落在电信道带宽之外，使得ADC采样部分主瓣或旁瓣信号无法解调，甚至加锁，导致多普勒捕获慢或捕获困难。

因此，如何解决激光波长捕获时间长且容易出现加锁的问题，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于多源融合的激光波长捕获方法、装置、设备及介质，用以解决现有技术中激光波长捕获时间长且容易出现加锁的缺陷。

本发明提供一种基于多源融合的激光波长捕获方法，包括：

基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；

基于所述相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；

利用波长计测算出所述星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；

基于所述多普勒补偿大小和所述频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；

基于数字基带信道化规则的信号，检测所述粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；

若被所述ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对所述粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，还包括：

若未被所述ADC采样，和/或，所述捕获频偏大于或等于预设符号速率时，基于所述粗捕获结果调整接收到的卫星激光信号频偏。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，所述采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对所述粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获，包括：

利用外环对大频偏捕获和大频偏漂移进行缓变跟踪，调整本振激光器；

利用内环对所述外环缓变跟踪后的残留频偏和多普勒变化进行精确跟踪，实现对卫星激光信号的精捕获。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，所述利用外环对大频偏捕获和大频偏漂移进行缓变跟踪，调整本振激光器，包括：

基于所述卫星轨道进行多普勒预报，对所述多普勒补偿大小进行修正；

利用波长计对所述修正后的结果进行再次修正，将收发激光器频差降低至第一预设数值，并对频率变化进行跟踪，调整本振激光器。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，所述利用内环对所述外环缓变跟踪后的残留频偏和多普勒变化进行精确跟踪，实现对卫星激光信号的精捕获，包括：

将卫星发射信号激光器与地本振激光器之间的残留频偏降低至第二预设数值以内；

利用Costas环的频偏跟踪方式，对所述第二预设数值以内的卫星激光信号进行精捕获。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，所述基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度之前，还包括：

对本振激光器进行初步标校，控制所述本振激光器以标校之后的修正频率进行工作。

根据本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，所述粗捕获的精度为100MHz量级，所述精捕获的精度为10MHz量级。

本发明还提供一种基于多源融合的激光波长捕获装置，包括：

第一确定模块，用于基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；

第二确定模块，用于基于所述相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；

第三确定模块，用于利用波长计测算出所述星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；

粗捕获模块，用于基于所述多普勒补偿大小和所述频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；

精捕获模块，用于基于数字基带信道化规则的信号，检测所述粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被所述ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对所述粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于多源融合的激光波长捕获方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于多源融合的激光波长捕获方法。

本发明提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法、装置、设备及介质，包括，基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；基于相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；利用波长计测算出星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；基于多普勒补偿大小和频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；基于数字基带信道化规则的信号，检测粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获，通过准确的确定出多普勒补偿大小和频率偏移量，能够更好地进行粗捕获，然后再进行精捕获，有效地缩短了激光捕获时间，保证了对激光波长的稳定捕获。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于多源融合的激光波长捕获方法的流程示意图；

图2是本发明提供的捕获性能示意图；

图3是本发明实施例提供的基于多源融合的激光波长捕获方法的整体流程示意图；

图4是本发明提供的基于多源融合的激光波长捕获装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的一种基于多源融合的激光波长捕获方法、装置、设备及介质。

图1是本发明实施例提供的基于多源融合的激光波长捕获方法的流程示意图。

如图1所示，本实施例提供的一种基于多源融合的激光波长捕获方法，执行主体可以是处理机，处理机可以包括上位机模块、本振激光器模块和高速数据处理基带模块，方法主要包括以下步骤：

101、基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度。

在一个具体的实现过程中，首先对本振激光器进行初步标校，控制本振激光器以标校之后的修正频率进行工作，也就是进行初步校正，保证激光波长捕获的准确度。然后上位机模块便可以根据卫星精密轨道信息，对卫星轨道进行外推，计算出卫星与地面站的相对速度。

102、基于相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小。

然后基于相对速度，进行实时计算跟踪目标卫星的多普勒，并根据卫星星载激光终端的发射波长，计算激光地面站初始的捕获范围，由于轨道信息的准确性，初始计算的频率偏差一般精度在100MHz量级，完成本振激光器的多普勒补偿大小计算。

103、利用波长计测算出星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量。

随后通过波长计精准的测算出当前星载激光终端下发的激光信号波长，并根据精确的频率信息修正下发至本振激光器的频率偏移量。

104、基于多普勒补偿大小和频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获。

也就是通过波长计进行卫星激光信号的粗捕获和粗测量，波长计补偿后的激光信号频率精度达到MHz级别。通过实时测量结果调整本振激光器频率，实现卫星激光波长信号的频率粗捕获。其中，粗捕获的精度为100MHz量级。

105、基于数字基带信道化规则的信号，检测粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样。

高速数据处理基带采用基于信道化规则，对粗捕获后的卫星激光信号进行，然后再去确定是否被ADC（Analog-to-Digital Converter,指模拟/数字转换器）采样，根据是否被ADC采样执行不同的控制策略。

106、若被ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

若是被ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，例如15%的符号率时，则开启位同步。若未被ADC采样，和/或，捕获频偏大于或等于预设符号速率时，基于粗捕获结果调整接收到的卫星激光信号频偏。需指出的是，预设符号速率为用户设定值，可以根据实际情况进行人为调整。

而在开启位同步之后，便需要利用数字基带模块根据粗捕获结果在捕获范围内进行精捕获。便采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获，具体为利用外环对大频偏捕获和大频偏漂移进行缓变跟踪，调整本振激光器；具体则是基于卫星轨道进行多普勒预报，对多普勒补偿大小进行修正，调谐修正范围在±6GHz以内。将残留频偏降低至250MHz以内，残留频偏为卫星发射信号激光器与地面接收本振激光器之间的频差，利用波长计对修正后的结果进行再次修正，将收发激光器频差降低至第一预设数值例如250MHz以内，并对频率变化进行跟踪，调整本振激光器。

再利用内环对外环缓变跟踪后的残留频偏和多普勒变化进行精确跟踪，实现对卫星激光信号的精捕获。具体则是将卫星发射信号激光器与地本振激光器之间的残留频偏降低至第二预设数值以内，例如10MHz以内；再利用Costas环的频偏跟踪方式，对第二预设数值以内的卫星激光信号进行精捕获，其中，精捕获的精度为10MHz量级。不仅能够准确的识别激光通信的波长，并且根据波长进行精捕获，不存在解调的加锁点。

图2是本发明提供的捕获性能示意图。

通过图2可知，采用本发明的基于多源融合的激光波长捕获方法，能够稳定可靠的进行波长捕获，并且可通过多普勒实时预报和波长计实时捕获进行地面波长的测量与跟踪。最大捕获范围为6GHz，最长捕获时间为10s。并且可以得出在大频偏（2.5Gbps符号速率下频偏0.5GHz）、低信噪比（Es/N0=2dB）下，采用本发明提出的基于多源融合的激光波长捕获方法，可以有效完成高动态低信噪比下载波频偏估计与稳定跟踪。其中，横坐标表示符号，纵坐标表示归一化载波频率偏移量，曲线表示估计的频率，虚线表示初始频率偏移，并且归一化环路的带宽为BW=

图3是本发明实施例提供的基于多源融合的激光波长捕获方法的整体流程示意图。

如图3所示，具体的流程为：

整个处理在三个模块中分别进行，同时三个模块之间进行信息交互。三个模块分别是多普勒计算模块、本振激光器模块和数字基带处理模块。

多普勒计算模块首先通过人工输入的方式获取本振激光器的标准频率和卫星的精确轨道，通过标准频率和精确轨道进行多普勒实时预报，同时把实时预报结果传送给本振激光器模块，当卫星过境且接收到下行激光信号时，通过波长计对接收信号的波长实时测量，根据波长计中光信噪比比值判断波长计测量是否有效，若有效则计算卫星激光器频率偏移量，同时把计算结果传至本振激光器模块。

本振激光器模块首先进行本振激光器的频率修正，保证本地波长的准确性，同时根据多普勒计算模块发送的多普勒实时预报进行本振激光器多普勒补偿，当卫星过境且接收到下行激光信号时，根据波长计的测量结果本振激光器对卫星激光频差进行补偿（粗补偿），最后通过高速数字基带输出的频差信号本振激光器对收发频差进行进一步的补偿（精补偿）。

数字基带模块首先进行初始化，设置捕获状态为0（表示未捕获），接着数字基带进入捕获状态进行频率捕获，此时数字基带将频差+捕获状态上报给切换单元，通过对捕获状态判断是否为0（表示未捕获）来选择不同执行路径：若为0（表示未捕获）数字基带进行数字频差校正后进行位同步，过一段时间（捕获时间）判断位同步是否锁定，若锁定则捕获状态为1（表示已捕获），若未锁定则捕获状态为0（表示未捕获），回到初始化状态；若为1（表示已捕获）则判断频差绝对值连续N次是否小于15%符号速率，若是，则进行位同步，过一段时间（捕获时间）后判断位同步是否锁定，若是，进行载波同步并输出捕获频差至切换单元。在载波同步过程中实时计算捕获或跟踪的频差绝对值是否连续M次大于20%符号速率，若是则数字基带回到初始化状态重新进行捕获。切换单元根据捕获状态选择上报频率捕获输出的频差结果还是载波同步输出的频差结果。

基于同一总的发明构思，本发明还保护一种基于多源融合的激光波长捕获装置，下面对本发明提供的基于多源融合的激光波长捕获装置进行描述，下文描述的基于多源融合的激光波长捕获装置与上文描述的基于多源融合的激光波长捕获方法可相互对应参照。

图4是本发明提供的基于多源融合的激光波长捕获装置的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例提供的一种基于多源融合的激光波长捕获装置，包括：

第一确定模块401，用于基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；

第二确定模块402，用于基于相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；

第三确定模块403，用于利用波长计测算出星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；

粗捕获模块404，用于基于多普勒补偿大小和频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；

精捕获模块405，用于基于数字基带信道化规则的信号，检测粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

本实施例提供的一种基于多源融合的激光波长捕获装置，包括，基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；基于相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；利用波长计测算出星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；基于多普勒补偿大小和频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；基于数字基带信道化规则的信号，检测粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获，通过准确的确定出多普勒补偿大小和频率偏移量，能够更好地进行粗捕获，然后再进行精捕获，有效地缩短了激光捕获时间，保证了对激光波长的稳定捕获。

进一步的，本实施例中的精捕获模块405，具体用于：

若未被所述ADC采样，和/或，所述捕获频偏大于或等于预设符号速率时，基于所述粗捕获结果调整接收到的卫星激光信号频偏。

进一步的，本实施例中的精捕获模块405，具体用于：

利用外环对大频偏捕获和大频偏漂移进行缓变跟踪，调整本振激光器；

利用内环对所述外环缓变跟踪后的残留频偏和多普勒变化进行精确跟踪，实现对卫星激光信号的精捕获。

进一步的，本实施例中的精捕获模块405，具体用于：

基于所述卫星轨道进行多普勒预报，对所述多普勒补偿大小进行修正；

利用波长计对所述修正后的结果进行再次修正，将收发激光器频差降低至第一预设数值，并对频率变化进行跟踪，调整本振激光器。

进一步的，本实施例中的精捕获模块405，具体用于：

将卫星发射信号激光器与地本振激光器之间的残留频偏降低至第二预设数值以内；

利用Costas环的频偏跟踪方式，对所述第二预设数值以内的卫星激光信号进行精捕获。

进一步的，本实施例中还包括：标校模块，用于：

对本振激光器进行初步标校，控制所述本振激光器以标校之后的修正频率进行工作。

进一步的，本实施例中的所述粗捕获的精度为100MHz量级，所述精捕获的精度为10MHz量级。

图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行基于多源融合的激光波长捕获方法，该方法包括：基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；基于所述相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；利用波长计测算出所述星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；基于所述多普勒补偿大小和所述频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；基于数字基带信道化规则的信号，检测所述粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被所述ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对所述粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于多源融合的激光波长捕获方法，该方法包括：基于卫星精密轨道信息对卫星轨道进行外推，确定卫星与地面站的相对速度；基于所述相对速度和卫星星载激光终端的发射波长，确定多普勒补偿大小；利用波长计测算出所述星载激光终端下发的激光信号波长，并基于频率信息，确定出频率偏移量；基于所述多普勒补偿大小和所述频率偏移量，对卫星激光信号进行粗捕获；基于数字基带信道化规则的信号，检测所述粗捕获后的卫星激光信号是否被ADC采样；若被所述ADC采样，且捕获频偏小于预设符号速率时，开启位同步，采用两级复合的多普勒捕获与跟踪方式对所述粗捕获后的卫星激光信号进行精捕获。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。