Un método de adquisición y seguimiento de terminales de comunicación por láser en un sistema de comunicación por láser de espacio libre,

que comprende: (a) intercambiar información de posición entre los terminales de comunicación por láser que utilizar señales de RF; (b) adquirir los terminales de comunicación por láser intercambiando haces de láser de baliza entre los terminales de comunicación por láser, siendo transmitidos los haces de láser de baliza desde una abertura de baliza y siendo dirigidos inicialmente de acuerdo con la información de posición intercambiada, (c) realizar la comunicación entre los terminales de comunicación por láser intercambiando haces de láser de datos transmitidos a través de una abertura de datos que es diferente de la abertura de baliza, en el que los haces de láser de baliza y los haces de láser de datos son recibidos a través de la abertura de datos; y (d) realizar el seguimiento de los terminales de comunicación por láser intercambiando haces de láser de baliza entre los terminales de comunicación por láser y dirigiendo los haces de láser de datos por medio de un espejo de dirección dispuesto en un trayecto óptico de la abertura de datos en base a la realimentación de los haces de láser de baliza, en el que los haces de láser de baliza tienen una divergencia de haz mayor y una longitud de onda diferente que los haces de láser de datos

Arquitectura de adquisición, apunte y seguimiento para comunicaciones por láser.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de adquisición, apunte y seguimiento que es útil en un sistema de comunicaciones por láser.

Aunque los sistemas de comunicaciones por láser en el espacio libre ofrecen el potencial de transmitir datos con unas velocidades de transmisión de datos muy elevadas en largas distancias, el desarrollo de sistemas prácticos que funcionen con fiabilidad en ambientes de plataformas móviles (por ejemplo, en vehículos aéreos, espaciales y terrestres) presenta retos únicos. Debido a las posiciones cambiantes de las plataformas móviles, se requieren sistemas de adquisición y capacidades precisas de apuntar los haces y de realizar el seguimiento para operar en estos ambientes. En particular, en plataformas en el aire en las que el movimiento de la aeronave puede ser rápido (en comparación con los vehículos terrestres) e impredecible (en comparación con los satélites), es crítico que el apunte y el sistema de seguimiento proporcionen una orientación precisa para dirigir los haces de láser de datos.

Considérese un escenario en el cual dos terminales de comunicación por láser cuyas posiciones relativas pueden cambiar, están acoplados en una comunicación de dos vías (por ejemplo, uno o ambos terminales son móviles). En cada terminal, una opción para determinar la dirección angular del otro terminal (es decir, el terminal de extremo alejado) es dividir una porción del haz de láser de datos recibido desde el terminal de extremo alejado y determinar el ángulo de llegada de la señal de haz de láser de datos dividida. Este enfoque presenta un cierto número de desventajas. Al utilizar una porción del haz de láser de datos recibido para la detección de la posición, solamente la porción restante del haz de láser de datos recibido se encuentra disponible para la recepción de datos, con lo cual se reduce la potencia de la señal en el receptor y se reduce el rango operativo máximo del sistema. Además, es deseable minimizar la anchura de haz del haz de láser de datos con el fin de maximizar la potencia de la señal y el rango operativo. Dada la extensión angular limitada del haz de láser de datos, la adquisición inicial de un terminal remoto es difícil de realizar con el haz de láser de datos. De manera similar, una vez que se ha establecido un enlace de comunicaciones entre los terminales, puede ser difícil que los terminales realicen continuamente el seguimiento uno del otro utilizando haces de láser de datos estrechos, puesto que cualquier terminal puede moverse con relativa rapidez saliendo del haz cuando la dirección angular relativa de los terminales está variando rápidamente.

Además, los detectores sensores de posición actuales acoplados a CA para determinar el ángulo de llegada de los haces de láser frecuentemente tienen anchuras de banda que se extienden solamente hasta unos pocos megahercios. En las comunicaciones por láser, los datos pueden ser modulados en un haz de láser utilizando modulación del orden de gigahertzios hasta cientos de gigahertzios. Esta modulación hace que los haces de láser transportadores de datos sean invisibles virtualmente a los detectores sensores de posición acoplados a CA, que actualmente no tienen la anchura de banda para detectar las frecuencias de modulación en gigahertzios.

Además, los sistemas de seguimiento por láser pueden ser susceptibles a los destellos y radiación solar, y el seguimiento de un terminal móvil se puede perder si la línea de visión del terminal se aproxima a la línea de visión del sol o si hay presente destellos persistentes. Como consecuencia, existe una necesidad de sistemas mejorados para la adquisición, apunte y seguimiento en los sistemas de comunicación por láser, particularmente en aquellos que incluyen plataformas móviles.

La patente norteamericana número 6.347.001 desvela un sistema de comunicación por láser en el espacio libre que comprende una abertura para transmitir un haz de baliza, una abertura separada para transmitir un haz de datos y una abertura separada para recibir los haces de baliza y de datos.

Sumario de la invención

De acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención, una técnica para adquirir y seguir terminales de comunicación por láser en un sistema de comunicaciones por láser en espacio libre incluye: adquirir los terminales de comunicación por láser intercambiando haces de láser de baliza entre los terminales de comunicación por láser; y realizar el seguimiento de los terminales intercambiando haces de láser de baliza entre los terminales de comunicación por láser, de manera que los haces del láser de datos intercambiados por los terminales para la comunicación son dirigidos en base a la realimentación de los haces de láser de baliza de seguimiento. Los haces de láser de baliza de adquisición tienen una divergencia de haces mayor que los haces de láser de baliza de seguimiento. Lo haces de láser de baliza de seguimiento tienen una divergencia de haces mayor que los haces de láser de datos utilizados para la comunicación. Además, los haces de láser de baliza preferiblemente son transmitidos con longitudes de onda diferentes que los haces de láser de datos. Los datos de posición GPS intercambiados entre los terminales de comunicación por láser por medio de un enlace de RF se pueden utilizar para el apunte inicial de los haces de láser de baliza de adquisición.

Cada terminal de comunicación por láser en el espacio libre incluye un sistema cardán sobre el cual está montado: un conjunto de abertura de baliza para trasmitir los haces del láser de baliza; una abertura de datos tal como un telescopio para transmitir y recibir los haces de láser de datos y para recibir los haces de láser de baliza; un espejo de dirección para controlar el ángulo en el cual los haces de láser son transmitidos y recibidos por la abertura de datos; y un detector sensor de posición para detectar la dirección de los haces de láser de baliza recibido por la abertura de datos. Sobre la base de la realimentación desde el detector sensor de posición, un controlador controla el posicionamiento del sistema cardán para efectuar una dirección gruesa del conjunto de abertura de baliza y de la abertura de datos hacia el terminal de extremo alejado y controla el posicionamiento del espejo de dirección para efectuar una dirección fina de la abertura de datos.

Los haces de láser de baliza puede ser modulados en conexión y desconexión de manera que sean esencialmente haces de láser "recortados". De esta manera, todos los terminales de comunicación por láser pueden transmitir y recibir haces de láser de baliza con la misma longitud de onda, utilizando diferentes frecuencias de recortado para identificar y distinguir los terminales. La utilización de una señal de láser de baliza recortada tiene la ventaja adicional de que el detector de sensor de posición, tal como un detector de célula cuádruple, puede ser acoplado a CA, lo cual reduce la sensibilidad a la radiación solar y a los destellos.

Los objetos, características y ventajas anteriores y otros adicionales de la presente invención serán evidentes considerando las descripciones, definiciones y figuras descriptivas que siguen de realizaciones específicas de la misma en las cuales los mismos números de referencia en las distintas figuras son utilizados para designar los mismos componentes. Aunque estas descripciones tratan detalles específicos de la invención, se debe entender que pueden existir variaciones y de hecho existen y será evidente a los expertos en la técnica sobre la base de las descripciones en la presente memoria descriptiva.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la arquitectura de un terminal de comunicación por láser de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama funcional de las operaciones efectuadas en la adquisición y seguimiento de terminales de comunicación por láser en un sistema de comunicación por láser de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.

La figura 3 es un diagrama que muestra el intercambio de haces de láser de baliza de haz ancho y de haz estrecho entre los dos terminales de un sistema de comunicación por láser de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.

La figura 4 es un...

1. Un método de adquisición y seguimiento de terminales de comunicación por láser en un sistema de comunicación por láser de espacio libre, que comprende:

2. El método de la reivindicación 1, en el que los haces de láser de baliza intercambiados para recibir los terminales de comunicación por láser tienen una divergencia de haces mayor que los haces de láser de baliza intercambiados para realizar el seguimiento de los terminales de comunicación por láser.

3. El método de la reivindicación 1, en el que (d) incluye ajustar la posición de un cardán para efectuar una dirección gruesa y ajustar la posición del espejo de dirección para efectuar una dirección fina.

4. El método de la reivindicación 1, en el que (b) incluye dirigir los haces de láser de baliza utilizando cardanes sin utilizar un espejo de dirección para dirigir los haces de láser de baliza en la transmisión.

5. El método de la reivindicación 1, en el que los terminales de comunicación por láser transmiten los haces de láser de baliza en la misma longitud de onda.

6. El método de la reivindicación 1, en el que los haces de láser de baliza están modulados en conexión y desconexión de manera que los haces de láser de baliza son haces de láser de baliza recortados.

7. El método de la reivindicación 6, en el que los terminales de comunicación por láser transmiten los haces del láser de baliza recortados con diferentes frecuencias de recorte, de manera que cada frecuencia de recorte identifica de manera única el terminal de comunicaciones por láser que transmite el haz de láser de baliza recortado.

8. El método de la reivindicación 6, en el que la detección de los haces de láser de baliza recortados se utilizando acoplamiento en CA.

9. El método de la reivindicación 1, en el que la información de posición se basa en información GPS.

10. El método de la reivindicación 1, en el que una divergencia de los haces de láser de baliza es ajustable en un rango.

11. Un terminal de comunicaciones por láser en espacio libre, que comprende:

12. El terminal de la reivindicación 11, en el que la abertura de datos es un telescopio.

13. El terminal de la reivindicación 11, en el que el conjunto de abertura de baliza transmite los haces de láser de baliza con una divergencia de haces que es mayor que los haces de láser de datos transmitidos por la abertura de datos.

14. El terminal de la reivindicación 11, en el que el conjunto de abertura de baliza transmite los haces de láser de baliza con una longitud de onda diferente que los haces de láser de datos transmitidos por la abertura de datos.

15. El terminal de la reivindicación 11, en el que el conjunto de abertura de baliza incluye una primera abertura de baliza para transmitir un haz de láser de baliza de adquisición para la adquisición del terminal remoto y una segunda abertura de baliza para transmitir un haz de láser de baliza de seguimiento para seguir el terminal remoto, en el que en el haz de láser de baliza de adquisición tiene una divergencia de haz mayor que el haz de láser de baliza de seguimiento.

16. El terminal de la reivindicación 15, en el que el conjunto de abertura de baliza comprende un lente de zoom operativo para ajustar una divergencia de los haces de láser de baliza en un rango.

17. El terminal de la reivindicación 11, en el que el controlador controla la dirección del conjunto de abertura de baliza sin utilizar el espejo de dirección.

18. El terminal de la reivindicación 11, en el que el conjunto de abertura de baliza transmite haces de láser de baliza con la misma longitud de onda que la abertura de datos recibe los haces de láser de baliza.

19. El terminal de la reivindicación 11, en el que el conjunto de abertura de baliza transmite haces de láser de baliza que son modulados en conexión y desconexión, de manera que los haces de láser de baliza son haces de láser de baliza recortados.

20. El terminal de la reivindicación 19, en el que el conjunto de abertura de baliza transmite haces de láser de baliza recortados con una primera frecuencia de recorte, y la abertura de datos recibe haces de láser de baliza recortados con una segunda frecuencia de recorte que es diferente que la primera frecuencia de recorte.

21. El terminal de la reivindicación 11, en el que el detector sensor de posición es un detector de célula cuádruple.

22. El terminal de la reivindicación 11, en el que el detector de sensor de posición está acoplado en CA.

23. El terminal de la reivindicación 11, que comprende además:

24. El terminal de la reivindicación 23, en el que la información de posición está basada en información de GPS.