(57)【要約】      （修正有）【課題】二重の大気影響緩和策を採用した、自由空間二方向ＧＢＥレーザー通信システムを提供する。【解決手段】光通信受信機アレイ（１２８，２２８）及びフレーマー／前方誤り訂正／インターリーバー（ＦＦＩ）装置（１４０、２４０）を用いることによって、大気乱流とチャネルフェージングとの組み合わせ作用を緩和する。ＦＦＩ装置（１４０、２４０）は、シンクロナスオプティカルネットワーク（ＳＯＮＥＴ）プロトコル用に設計されるため、インテリジェント（又はスマート）メディアコンバータ（１２８，２２８）を用いて、ＧＢＥテレメトリデータをＳＯＮＥＴフレームに変換し、ＦＦＩ装置（１４０、２４０）は、誤り訂正アルゴリズムを実行し、１キロメートルを超える距離用のシームレスで誤りのないＧＢＥレーザー通信リンクを提供することができる。この二方向レーザー通信システムは、低コストの市販のコンポーネントで実施することができる。【選択図】図１
2019110540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズのアレイと、
前記レンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記レンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された光通信受信機アレイと、
前記差分電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された再生器と、
前記再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、
前記誤り訂正サブシステムによって送信された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、
前記メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステム。
【請求項２】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキング（Synchronous Optical Networking）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データプロセッサは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信するテレメトリプロセッサである、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
入射する自由空間光信号を前記レンズのアレイに向かわせるように構成されたテレスコープをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項５】
前記データプロセッサは、データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を前記メディアコンバータに送信するようにさらにプログラムされており、前記メディアコンバータは、前記データプロセッサから受信した前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記データビットストリームである、一の波長の光信号に変換するようにさらに構成されており、前記システムは、
前記メディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記テレスコープに搬送する光接続部と、をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングであり、前記データプロセッサは、テレメトリデータを処理するようにプログラムされている、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項７】
第１及び第２のテレスコープと、
データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を送信するようにプログラムされた第１のデータプロセッサと、
前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記送信されたデータビットストリームである、一の波長の光信号に変換するように構成された第１のメディアコンバータと、
前記第１のメディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記第１のテレスコープに搬送する光接続部と、
前記第２のテレスコープから光を受信するように配置された第１のレンズのアレイと、
前記第１のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記第１のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第１の光通信受信機アレイと、
前記差分電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された第１の再生器と、
前記第１の再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された第１の誤り訂正サブシステムと、
前記第１の誤り訂正サブシステムからの前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成された第２のメディアコンバータと、
前記第２のメディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされた第２のデータプロセッサと、を含む通信システム。
【請求項８】
前記第１のテレスコープ、前記第１のデータプロセッサ、及び前記第１のメディアコンバータは、可動プラットフォーム及び地上局のうちの一方に配置されており、前記第２のテレスコープ、前記第２のデータプロセッサ、及び前記第２のメディアコンバータは、前記可動プラットフォーム及び前記地上局のうちの他方に配置されている、請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングである、請求項７又は８に記載の通信システム。
【請求項１０】
前記第１及び第２のデータプロセッサのそれぞれは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信及び受信可能なテレメトリプロセッサである、請求項７〜９のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項１１】
前記第１のテレスコープから光を受信するように配置された第２のレンズのアレイと、
前記第２のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記第２のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第２の光通信受信機アレイと、
前記第２の光通信受信機アレイからの前記差分電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された第２の再生器と、
前記第２の再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された、第２の誤り訂正サブシステムと、をさらに含み、
前記第１のメディアコンバータは、前記第２の誤り訂正サブシステムからの前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されている、請求項８〜１０のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項１２】
前記第１のテレスコープと前記第２のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、第１の波長を中心とする第１のバンドパスフィルターと、
前記第２のテレスコープと前記第１のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、前記第１の波長とは異なる第２の波長を中心とする第２のバンドパスフィルターと、をさらに含む、請求項１１に記載の通信システム。
【請求項１３】
大気中を伝播する光信号を用いてデータプロセッサ間でデータ通信を行う方法であって、
（ａ）第１のデータプロセッサから、ＧＢＥフォーマットの電気信号の形態のデータビットストリームを送信することと、
（ｂ）前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記送信されたデータビットストリームである光信号に変換することと、
（ｃ）工程（ｂ）で生成した前記光信号を、第１のテレスコープから大気を介して送信することと、
（ｄ）前記第１のテレスコープによって送信された前記光信号を第２のテレスコープで受信することと、
（ｅ）前記第２のテレスコープで受信した前記光信号を電気信号に変換することと、
（ｆ）工程（ｅ）で生成された前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換することと、
（ｇ）前記再生光信号をデータビットストリームである電気信号に変換することと、
（ｈ）工程（ｇ）で生成された電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成することと、
（ｉ）前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換することと、
（ｊ）工程（ｉ）で生成された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換することと、
（ｋ）前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を、第２のデータプロセッサで受信することと、を含む方法。
【請求項１４】
前記工程（ｂ）は、
前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、一の波長の光信号に変換することと、
前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換することと、
前記別の波長の光信号を増幅することと、
前記増幅した光信号を単モードファイバーを介して前記第１のテレスコープに送信することと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングであり、前記第１及び第２のデータプロセッサのそれぞれは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信及び受信可能なテレメトリプロセッサである、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、自由空間レーザー通信システム（free-space laser communication
systems）に関する。より詳しくは、本開示は、エラー制御回路を有する自由空間大気レーザー通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレメトリ（telemetry）は、遠隔地又はアクセス不可能な地点で測定を行い、測定デ
ータ及び収集した他のデータを、監視用の受信装置に送信するのに用いられる自動通信プロセスである。例えば、航空機内でテレメトリデータを取得し、当該データを、地上からのテレコマンドに応じて、地上の受信機に送信することが知られている。既存の方法の１つでは、無線周波数（ＲＦ）リンクを用いて、飛行機と地上局との間でテレメトリデータを送信する。ＲＦリンクを用いることの欠点として、データレートが低いことと、電磁干渉を受けやすいこととがある。
【０００３】
自由空間大気レーザー光通信システムは、大気中を伝播する光ビームによって、情報を送受信する。既存のＲＦリンクの代わりに自由空間光通信リンクを用いることの利点には、少なくとも以下のものがある。すなわち、より高速のテレメトリデータ送信が可能なこと、及び、自由空間光信号が電磁干渉の影響を受けないことである。
【０００４】
高データレート送信機、高出力光増幅器、及び、高感度受信機に具現化される技術が十分に発達し市場で入手可能なため、自由空間レーザー光通信は、航空機と地上局との間の長距離（＞１ｋｍ）テレメトリリンクに実用可能な手段である。しかしながら、テレメトリデータの光送信には３つの大きな問題点がある。（１）自由空間レーザー通信は、送信機位置と受信機位置との間で光ビームを放散させる（wander）大気乱流の影響を受ける。（２）自由空間内の光信号は、自由空間内の他の物体から受信機に届く反射信号による衰弱化干渉に起因するフェージング（fading）作用を受ける。衰弱化干渉の結果、受信機における光信号は、デジタル光データストリームにおいて、信号ビットを喪失したり、誤った信号ビットを形成したりする。（３）自由空間高速光通信のための基準が存在しないため、一般的なギガビットイーサネット（ＧＢＥ）プロトコルが、高速テレメトリデータに好ましい。これによって、高速のシンクロナスオプティカルネットワーク（Synchronous Optical Network: SONET）プロトコル用に設計された既存のレーザー通信装置との非互換性の問題が生じうる。問題点（１）及び（２）は、自由空間光通信自体の問題であり、問題点（３）は、光学システムコンポーネントの設計上の問題である。
【０００５】
本開示は、上記の問題のうち１つ又は複数に対処することができる自由空間レーザー通信システムに向けたものである。
【発明の概要】
【０００６】
以下に詳しく開示する要旨は、二重の大気影響緩和策を採用した、ＧＢＥプロトコルにおけるテレメトリデータ二方向送信のための、自由空間レーザー通信システムに向けたものである。この自由空間二方向ＧＢＥレーザー通信システムは、光通信受信機アレイ（optical communications receiver array：ＯＣＲＡ）と、フレーマー／前方誤り訂正／イ
ンターリーバー（framer/forward error correction/interleaver：ＦＦＩ）装置とを用
いることによって、大気乱流の影響（例えば、大気の局所的な屈折率のランダムな不均一性に起因するビームの放散）、及び、チャネルフェージング（例えば、自由空間内の他の物体から受信機に届く反射信号の衰弱化干渉）を緩和する。ＦＦＩ装置は、ＳＯＮＥＴプ
ロトコル用に設計されるため、インテリジェント（又はスマート）メディアコンバータを用いて、ＳＯＮＥＴフレームをＧＢＥテレメトリデータに又はその逆に変換し、これによって、ＦＦＩ装置は、誤り訂正アルゴリズムを実行し、１キロメートルを超える距離用のシームレスで誤りのないＧＢＥレーザー通信リンクを提供することができる。この二方向レーザー通信システムは、低コストの市販の（すなわち在庫の）コンポーネントで実施することができる。
【０００７】
以下に詳しく開示する自由空間レーザー通信システムは、ビームへの大気乱流の影響を緩和するためのＯＣＲＡと、フェージング作用を緩和するためのＦＦＩ装置とを用いることによって、「背景技術」の欄で述べた３つの問題を解消する。３つめの問題は、市販のインテリジェントなスモールフォームファクタプラガブル（small form-factor pluggable：ＳＦＰ）トランシーバーを用いて、ＧＢＥデータを、ＦＦＩ装置によって処理される
ＳＯＮＥＴ ＯＣ−３光データストリーム（１５５.５２Ｍｂｉｔ／ｓまでの光搬送送信レートを有する）に変換することによって、対処される。
【０００８】
本明細書において、「光接続部」とは、１つの光ファイバーもしくはその他の導波路、又は、１つもしくは複数のコネクタによって直列に接続された２つ以上の光ファイバーもしくはその他の導波路、を含む任意の接続を含むが、これに限定されない。以下に詳しく開示する実施形態において、すべての光ファイバーは、単モードファイバーである。
【０００９】
以下に詳しく開示する要旨の一態様は、レンズのアレイと、レンズのアレイに光学的に接続されるとともに、レンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された光通信受信機アレイと、差分電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された再生器と、再生器からの再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、訂正されたデータビットストリームである電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、誤り訂正サブシステムによって送信された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステムである。開示の実施形態において、特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキング（Synchronous Optical Networking）であり、データプロセッサは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信するテレメトリプロセッサである。当該システムは、入射する自由空間光信号をレンズのアレイに向かわせるように構成されたテレスコープをさらに含む。
【００１０】
詳しく開示する要旨の別の態様は、第１及び第２のテレスコープと、データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を送信するようにプログラムされた第１のデータプロセッサと、第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、送信されたデータビットストリームである、一の波長の光信号に変換するように構成された第１のメディアコンバータと、第１のメディアコンバータから受信した一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、上記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、増幅された光信号を第１のテレスコープに搬送する光接続部と、第２のテレスコープから光を受信するように配置された第１のレンズのアレイと、第１のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、第１のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第１の光通信受信機アレイと、差分電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された
第１の再生器と、第１の再生器からの再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、訂正されたデータビットストリームである電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された第１の誤り訂正サブシステムと、第１の誤り訂正サブシステムからの訂正された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成された第２のメディアコンバータと、第２のメディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされた第２のデータプロセッサと、を含む通信システムである。この通信システムは、第１のテレスコープから光を受信するように配置された第２のレンズのアレイと、第２のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、第２のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第２の光通信受信機アレイと、第２の光通信受信機アレイからの差分電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された第２の再生器と、第２の再生器からの再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、訂正されたデータビットストリームである電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された第２の誤り訂正サブシステムと、をさらに含み、第１のメディアコンバータは、第２の誤り訂正サブシステムからの訂正された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されている。また、当該通信システムは、第１のテレスコープと第２のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、第１の波長を中心とする第１のバンドパスフィルターと、第２のテレスコープと第１のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、第１の波長とは異なる第２の波長を中心とする第２のバンドパスフィルターと、をさらに含みうる。
【００１１】
さらなる態様は、テレスコープと、テレスコープから光信号を受信するように配置された複数のレンズと、レンズによって受信した光信号を電気信号に変換するための複数の光検出器と、光検出器からの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された電子回路と、再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、訂正されたデータビットストリームである電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、訂正された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステムである。
【００１２】
開示の要旨のさらに別の態様は、大気中を伝播する光信号を用いてデータプロセッサ間でデータ通信を行う方法であって、（ａ）第１のデータプロセッサから、ＧＢＥフォーマットの電気信号の形態のデータビットストリームを送信することと、（ｂ）第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、送信されたデータビットストリームである光信号に変換することと、（ｃ）工程（ｂ）で生成した光信号を、第１のテレスコープから大気を介して送信することと、（ｄ）第１のテレスコープによって送信された光信号を第２のテレスコープで受信することと、（ｅ）第２のテレスコープで受信した光信号を電気信号に変換することと、（ｆ）工程（ｅ）で生成された電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換することと、（ｇ）再生光信号をデータビ
ットストリームである電気信号に変換することと、（ｈ）工程（ｇ）で生成された電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成することと、（ｉ）訂正されたデータビットストリームである電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、訂正されたデータビットストリームである光信号に変換することと、（ｊ）工程（ｉ）で生成された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換することと、（ｋ）訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を、第２のデータプロセッサで受信することと、を含む方法である。
【００１３】
自由空間レーザー通信のためのシステム及び方法の他の態様は、以下に開示され、特許請求されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上述のセクションに記載した特徴、機能、利点は、開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせることもできる。様々な実施形態を、上述及びその他の態様を例示する目的で、図面を参照して以下に説明する。
【００１５】
【図１】一実施形態による、ＧＢＥテレメトリデータ用の二方向自由空間レーザー通信システムであって、ＯＣＲＡとＦＦＩの組み合わせによる二重の大気影響緩和法を用いるシステムのコンポーネントを示すブロック図である。
【図２】図１に示したシステムの一実施態様による、光受信機構造を示すブロック図である。
【図３】図１に示したシステムに組み込むことができる１つのタイプの波長変換装置の構造を示すブロック図である。
【図４】図１に示したシステムに組み込むことができる１つのタイプの光信号再生器の構造を示すブロック図である。
【図５】図１に示したシステムに組み込まれたフレーマー／前方誤り訂正／インターリーバー装置のいくつかのハードウェアコンポーネント及び機能を示すハイブリッド図である。
【図６】一実施形態による、大気中を伝播する光信号を用いてデータプロセッサ間でデータ通信を行う方法を示すフローチャートである。
【００１６】
以下、図面を参照するが、複数の図面において同様の要素には同じ参照符号を付している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ＧＢＥテレメトリデータの自由空間レーザー通信用システムの様々な実施形態を、例示を目的として詳しく説明する。以下に開示の詳細の少なくとも一部は、光学的な特徴または態様に関するものであり、これらは、いくつかの実施形態において、本明細書に添付の特許請求の範囲から逸脱することなく省くことができる。
【００１８】
図１は、一実施形態による、ＧＢＥテレメトリデータ用の二方向自由空間レーザー通信システムのコンポーネントを示す。図１に示したシステムは、地上の第１のレーザー通信システム１００と、航空機などの可動プラットフォームに搭載された第２のレーザー通信システム２００とを含む。ただし、当業者であればわかるように、レーザー通信システム１００及び２００をそれぞれ航空機に設置することによって、空対空通信を行えるようにすることも可能であろう。
【００１９】
さらに図１を参照すると、レーザー通信システム１００は、照準／追跡／捕捉（pointi
ng/tracking/acquisition:ＰＴＡ）テレスコープ１２２を含む一方、レーザー通信システム２００は、ＰＴＡテレスコープ２２２を含む。ＰＴＡテレスコープ１２２及び２２２のそれぞれは、ジンバルアセンブリ（gimbal assembly）に取り付けられた光学テレスコー
プアセンブリを含む。一般に、この照準捕捉追跡システムは、数百マイクロラジアンの精度までの粗な照準制御のための二軸ジンバルと、照準をマイクロラジアン以内に維持する緻密な照準制御のための高速ステアリングミラーとを用いる。図１に太い破線矢印で示したように、テレスコープは、大気を通して自由空間光信号を送受信することができる。大気中の乱流の影響を、図１に一対の破線の波線で示している。図１は、さらに、ＰＴＡテレスコープ１２２からの自由空間光信号の送信中にフェージング作用を発生させた大気中の自由空間物体、及び、ＰＴＡテレスコープ２２２による、減衰された信号の受信の様子も示している。このフェージング作用は、一対の点線矢印によって図１に示されており、一方の矢印は、ＰＴＡテレスコープ１２２からの自由空間物体に入射した光信号を示しており、他方の矢印は、自由空間物体によって反射されてＰＴＡテレスコープ２２２に向かう光信号を示している。
【００２０】
レーザー通信システム１００及び２００の機能を説明する前に、これらのシステムの様々なコンポーネント及び接続を説明する。
【００２１】
レーザー通信システム１００のＰＴＡテレスコープ１２２は、レーザー通信システム２００から受信した自由空間光信号を光受信機に向かわせる。レーザー通信システム１００の光受信機は、マイクロレンズアレイ１２４と、マイクロレンズアレイ１２４に取り付けられたバンドパス光フィルターＦ１と、光接続部１２６によってマイクロレンズアレイ１２４の各マイクロレンズにそれぞれ光学的に接続された光検出器（図１には図示せず）を有する光通信受信機アレイ（ＯＣＲＡ）１２８とを含む。
【００２２】
ＯＣＲＡ１２８の光検出器には、電気アナログ加算増幅ネットワーク（electrical analog summing-amplifying network）（図１には図示せず）が繋がっており、これが１つの差分出力１１０を与え、この出力が制限増幅器（limiting amplifier：ＬＡ）１３０に接続されている。制限増幅器１３０の出力は、同軸ケーブル１３２によって、再生器（regenerator）１３４の入力に接続されており、当該再生器が、光信号を再生し、再生された
光信号を、ＳＦＰトランシーバー１３６（再生器１３４のコンポーネントとして考えてもよい）を介して出力する。ＳＦＰトランシーバー１３６は、特定のネットワークプロトコルに従って、再生された光信号をフォーマットする。好ましい実施態様においては、この特定のネットワークプロトコルは、ＳＯＮＥＴプロトコルである。ＳＦＰトランシーバー１３６の送信機は、光接続部１３８によって、フレーマー／前方誤り訂正／インターリーバー（framer/forward error correction/interleaver：ＦＦＩ）装置１４０に組み込ま
れたデジタル処理サブシステム（ＤＰＳ）ＳＦＰトランシーバー（図１には図示していないが、図５を参照して後述する）の受信機に、光学的に接続されている。また、ＦＦＩ装置１４０のレーザー通信端末（ＬＣＴ）ＳＦＰトランシーバー（図１には図示していないが、図５を参照して後述する）の送信機が、光接続部６６によって、同じＬＣＴ ＳＦＰ
トランシーバーの受信機に光学的に接続されている。ＦＦＩ装置１４０は、コントローラ１４２の制御下で動作する。ＦＦＩ装置１４０のＤＰＳ ＳＦＰトランシーバーの送信機
は、光接続部１４４によって、メディアコンバータ（media converter）１０８のＳＦＰ
トランシーバー１０８bの受信機（図１及び他の図面において「Ｒｘ」として示す）に光
学的に接続されている。メディアコンバータ１０８は、イーサネットデマケーション装置（Ethernet demarcation device）１０８ａをさらに含み、当該装置が、カテゴリ６のイ
ーサネットケーブル１０４及び ＲＪ４５コネクタ１０６によって、テレメトリプロセッ
サ１０２に電気的に接続されている。メディアコンバータ１０８のＳＦＰトランシーバー１０８ｂの送信機（図１及び他の図面では「Ｔｘ」として示す）は、光接続部１１２によって、波長変換装置１１４に光学的に接続されており、当該変換装置が、メディアコンバ
ータ１０８からの光信号を、より長い波長に変換する。さらに、波長変換装置１１４が、光接続部１１６によって、エルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）１１８に光学的に接続されている。最後に、ＦＤＦＡ１１８が、光接続部１２０によって、ＰＴＡテレスコープ１２２に光学的に接続されている。
【００２３】
同様に、レーザー信システム２００のＰＴＡテレスコープ２２２は、レーザー通信システム１００から受信した自由空間光信号を光受信機に向かわせる。レーザー通信システム２００の光受信機は、マイクロレンズアレイ２２４と、マイクロレンズアレイ２２４に取り付けられたバンドパス光フィルターＦ２と、光接続部２２６によってマイクロレンズアレイ２２４の各マイクロレンズにそれぞれ光学的に接続された光検出器（図１には図示せず）を有するＯＣＲＡ２２８とを含む。
【００２４】
ＯＣＲＡ２２８の光検出器には、電気アナログ加算増幅ネットワーク（図１には図示せず）が繋がっており、これが１つの差分出力２１０を与え、この出力が制限増幅器２３０に接続されている。制限増幅器２３０の出力は、同軸ケーブル２３２によって、再生器２３４の入力に接続されており、当該再生器が、光信号を再生し、再生された光信号をＳＦＰトランシーバー２３６（再生器２３４のコンポーネントとして考えてもよい）を介して出力する。ＳＦＰトランシーバー２３６は、特定のネットワークプロトコルに従って、再生された光信号をフォーマットする。好ましい実施態様においては、この特定のネットワークプロトコルは、ＳＯＮＥＴプロトコルである。ＳＦＰトランシーバー２３６の送信機は、光接続部２３８によって、ＦＦＩ装置２４０（ＦＦＩ装置１４０と同一の構造を有しうる）に組み込まれたデジタル処理サブシステム（ＤＰＳ）ＳＦＰトランシーバー（図１には図示せず）の受信機に、光学的に接続されている。また、ＦＦＩ装置２４０のレーザー通信端末（ＬＣＴ）ＳＦＰトランシーバー（図１には図示していないが、図５を参照して後述する）の送信機が、光接続部６６によって、同じＬＣＴ ＳＦＰトランシーバーの
受信機に光学的に接続されている。ＦＦＩ装置２４０は、コントローラ２４２の制御下で動作する。ＦＦＩ装置２４０のＤＰＳ ＳＦＰトランシーバーの送信機は、光接続部２４
４によって、メディアコンバータ２０８のＳＦＰトランシーバー２０８ｂの受信機に光学的に接続されている。メディアコンバータ２０８は、イーサネットデマケーション装置２０８ａをさらに含み、当該装置が、カテゴリ６のイーサネットケーブル２０４及び ＲＪ
４５コネクタ２０６によって、テレメトリプロセッサ２０２に電気的に接続されている。メディアコンバータ２０８のＳＦＰトランシーバー２０８ａの送信機は、光接続部２１２によって、波長変換装置２１４に光学的に接続されており、当該変換装置が、メディアコンバータ２０８からの光信号を、より長い波長に変換する。さらに、波長変換装置２１４が、光接続部２１６によって、エルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）２１８に光学的に接続されている。最後に、ＦＤＦＡ２１８が、光接続部２２０によって、ＰＴＡテレスコープ２２２に光学的に接続されている。
【００２５】
図１に示した実施態様によれば、メディアコンバータ１０８は、 ＥＴＸ−２０３ＡＸ
キャリアイーサネットデマケーション装置１０８ａ及びＭｉＲＩＣｉ−１５５  ＳＦＰコンバータ１０８ｂによって構成されている一方、メディアコンバータ２０８は、  ＥＴＸ−２０３ＡＸキャリアイーサネットデマケーション装置２０８ａ及びＭｉＲＩＣｉ−１５５  ＳＦＰコンバータ２０８ｂによって構成されている。これらのコンポーネントは、いずれもニュージャージー州MahwahのRAD Data Communications, Inc., から市販されてい
る。同じ実施態様において、ＦＦＩ装置は、オハイオ州Cuyahoga HeightsのEfficient Channel Coding, Inc.によって製造されたものである。
【００２６】
図１に示した実施形態によれば、マイクロレンズアレイ１２４、２２４のそれぞれは、３×３のアレイ状に配置された９個のマイクロレンズを有し、ＯＣＲＡ１２８、２２８のそれぞれは、対応するマイクロレンズアレイの９個のマイクロレンズにそれぞれ光学的に
接続された９個の受信チャネルを有している。図２は、レーザー通信システム１００の光受信機構造を示している。レーザー通信システム２００の光受信機構造も、同一でありうる。
【００２７】
図２は、マイクロレンズアレイ１２４の９個のマイクロレンズ１０のうちの３個を示している。損失を最小限に抑えるため、図２に示した構造は、マイクロレンズアレイ１２４からの光を、光検出器としての役割を行うアバランシェフォトダイオード（avalanche photodiode：ＡＰＤ）１４のアレイに直接結合させる。それぞれの光ファイバー１２を用いることによって、各マイクロレンズ１０からの光を対応するアバランシェフォトダイオード１４に結合させることができる。これは、光ファイバーコネクタ内に終端が配置されたコリメータファイバーアレイ（collimating fiber array）を用いて実現することができ
る。各アバランシェフォトダイオード１４の出力は、ＴＩＡアレイアセンブリ１６のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の各入力に接続されている。ＡＰＤ／ＴＩＡの各ペアが、ＯＣＲＡ１２８の各ＡＰＤ受信機を形成している。ＡＰＤ受信機からのアナログ光電流出力は、加算増幅器アセンブリ１８の電子加算増幅器によって、非干渉的に（incoherently）加算される。加算増幅器アセンブリ１８は、ＡＰＤ受信機の電気出力を結合して一対の電気的な差分出力信号にする。
【００２８】
レーザー通信システム１００及び２００のそれぞれは、ＯＣＲＡとＦＦＩの組み合わせによる二重の大気影響緩和技術を採用しており、これについて、以下に図１を参照して詳しく述べる。例示を目的として、地上のレーザー通信システム１００から航空機搭載のレーザー通信システム２００にテレメトリデータを送信するプロセスについて説明する。
【００２９】
図１の左側には、地上局のテレメトリプロセッサ１０２が示されている。テレメトリプロセッサ１０２は、カテゴリ６イーサネットケーブル１０４を介して、メディアコンバータ１０８に対して電気ＧＢＥデータを送受信し、当該メディアコンバータは、電気ＧＢＥ信号をＳＯＮＥＴ ＯＣ−３光信号に変換する。図１に示した実施態様においては、メデ
ィアコンバータ１０８は、１３００ｎｍレーザーを有する。波長変換装置１１４を用いることによって、光信号を、１５３７ｎｍの波長に変換する。この１５３７ｎｍの光信号が、ＥＤＦＡ１１８に入力されて、マルチワットの出力範囲に増幅される。（典型的な出力パワーは３７ｄＢｍで、＞４ワットである。）ＥＤＦＡ１１８は、１５００〜１６００ｎｍの波長範囲で動作する。従って、メディアコンバータ１０８のＳＦＰトランシーバー１０８ｂの送信機からの光信号をＥＤＦＡ１１８に入力するには、波長変換装置１１４が必要である。ＥＤＦＡ１１８の増幅出力は、ＰＴＡテレスコープ１２２に接続されており、これによって、１５３７ｎｍの光信号が、自由空間を介して、可動プラットフォーム（例えば飛行機）のＰＴＡテレスコープ２２２に送信される。自由空間を介して送信された光信号は、図１の中央に示したように、大気乱流及びフェージングの影響を受けることになる。大気乱流の影響によって光ビームが放散し、これによって可動プラットフォームによって受信される信号光子が減少する。
【００３０】
図１に示したレーザー通信システム２００は、高感度ＯＣＲＡ構成を用いることによって、光の放散によって喪失されるであろう信号光子を保持する。上述したように、ＯＣＲＡの構成は、ＰＴＡテレスコープからの自由空間光信号を受信するための、密な間隔で配置されたマイクロレンズのアレイを有する。乱流によって光が放散する時、広がった信号光子がマイクロレンズアレイによって集められる。各マイクロレンズアレイは、ＯＣＲＡボード上の高感度アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）受信機に接続されている。図１の例では、マイクロレンズアレイ２２４には９個のマイクロレンズがあり、関連付けられたＯＣＲＡボードには９個のＡＰＤ受信機がある。各ＡＰＤ受信機は、３３ｄＢｍの感度を有する。これによって、３７ｄＢｍであるＥＤＦＡからの出力パワーに対して、少なくとも７０ｄＢの自由空間光出力がもたらされる。
【００３１】
マイクロレンズアレイ２２４からの光信号は、ＯＣＲＡ２２８のＡＰＤ受信機に接続される。ＯＣＲＡ２２８は、ＡＰＤ受信機の電気出力を結合して一対の電気差分出力信号にする。ＯＣＲＡ２２８からの差分出力信号は、制限増幅器２３０に接続され、当該制限増幅器は、ＯＣＲＡの差分出力を、十分な振幅及び波形に調整して、再生器２３４の差分送信機入力に供給する。再生器２３４は、市場にて入手可能な標準的な商用ＳＦＰトランシーバー２３６を含む。ＳＦＰトランシーバー２３６の送信機（図１には「Ｔｘ」として示す）からの再生光信号は、ＦＦＩ装置２４０のＤＰＳ受信機に入力される。ＦＦＩ装置２４０は、再生器２３４からの光信号を受信すると、クロック＆データリカバリを行い、復元されたクロック＆データ信号を用いて、ＬＣＴ ＳＦＰトランシーバー（ＦＦＩ装置２
４０の一部である）の送信機を駆動する。図１に示すように、ＬＣＴ送信機からの光信号は、ＬＣＴ受信機にループバックされる。ＦＦＩ装置２４０は、（図１の中央に示すように）自由空間を介して送信されてきたデータストリーム内の欠落ビット及び／又は誤りビットのための誤り訂正アルゴリズムを実行する。訂正されたビットストリームは、次に、別のクロック＆データリカバリ回路を通ることによって、 ＳＯＮＥＴ ＯＣ−３フォーマットの波形に変更されて、ＦＦＩ装置２４０内のＤＰＳ送信機を駆動する。ＤＰＳ送信機出力は、（単モードファイバーを用いた）光接続部２４４を介して、光信号をメディアコンバータ２０８の受信機に送信し、当該コンバータが、ＳＯＮＥＴ ＯＣ−３信号を、Ｇ
ＢＥテレメトリプロセッサ２０２（図１における右側）と通信するためのＧＢＥデータに変換する。
【００３２】
同様のプロセスによって、航空機搭載のテレメトリプロセッサ２０２は、図１の中央に示した自由空間光リンクを介して、地上局のテレメトリプロセッサ１０２と通信することができ、従って、テレメトリプロセッサ１０２と２０２との通信は二方向性であり、これはすなわち、自由空間光信号の送信と受信とが同時に行えることを意味する。これは、複信方式（duplex operation）ともよばれる。マイクロレンズアレイでのクロストークを最小限に抑えるため、各マイクロレンズアレイに狭帯域バンドパス光フィルターを設けることによって、関連付けられたＥＤＦＡによって生成される送信機信号を除去するようになっている。図１に示すように、波長変換装置２１４（航空機搭載）は、ＥＤＦＡ２１８の入力に対して１５６９ｎｍの光信号を生成する一方、波長変換装置１１４（地上局）は、ＥＤＦＡ１１８の入力に対して１５３７ｎｍの光信号を生成する。従って、２つの自由空間光信号は、３２ｎｍの波長差を有する。バンドパス光フィルターＦ１（マイクロレンズアレイ１２４に取り付けられている）は、約４ｎｍの帯域幅及び１５６９ｎｍの中心波長を有する一方、狭帯域バンドパス光フィルターＦ２（マイクロレンズアレイ２２４に取り付けられている）は、約４ｎｍの帯域幅及び１５３７ｎｍの中心波長を有する。２つのフィルターは、中心波長が３２ｎｍ離れており、帯域幅が４ｎｍであるため、フィルターＦ１は、ＥＤＦＡ２１８からの光信号を通過させる一方でＥＤＦＡ１１８からの光信号を除去し、フィルターＦ２は、ＥＤＦＡ１１８からの光信号を通過させる一方でＥＤＦＡ２１８からの光信号を除去するので、各マイクロレンズアレイにおける、自らに関連付けられたＥＤＦＡ光出力からの光信号のクロストークを排除することができる。
【００３３】
ＯＣＲＡが大気乱流による光の放散作用を緩和する一方、信号のフェージング作用（大気中の信号反射物体による光信号の衰弱化干渉に起因する）は、ＦＦＩ装置によって緩和される。さらに、各 ＥＴＸ−２０３ＡＸ／ ＭｉＲＩＣｉ１５５メディアコンバータ１０８、２０８は、１５５Ｍｂｉｔ／ｓの速度で、電気ＧＢＥ信号をＳＯＮＥＴ ＯＣ−３光
信号に、又はその逆に変換するための特別なクロックレート同期メカニズム（clock rate
synchronization mechanism）を有する、市場にて入手可能な商用インテリジェント（又はスマート）トランシーバーである。ＥＴＸ−２０３ＡＸ／ ＭｉＲＩＣｉ１５５メディ
アコンバータによって、テレメトリプロセッサは、ＳＯＮＥＴデータプロトコル用に設計されたＦＦＩ装置と通信することができる。ＥＴＸ−２０３ＡＸ／ ＭｉＲＩＣｉ１５５
の構成は、スタンダードな電気通信 ＯＣ−３データレート用に設計されており、これは
、ローカルエリアネットワークのための低コスト量販マーケットを有するものである。本明細書に開示した自由空間レーザー通信システムは、この特徴の利点を利用したものである。ＥＴＸ−２０３ＡＸ／ ＭｉＲＩＣｉ１５５メディアコンバータは、ＦＦＩ装置と直
接インターフェイスすることによって、テレメトリプロセッサ用のＧＢＥ光リンクを実現している。これは、ＦＦＩ装置が、１５５Ｍｂｉｔ／ｓの倍数のＳＯＮＥＴのデータレートで動作する内部クロックデータリカバリシステムを有しているため、実現可能である。ＦＦＩ装置は、フェージング作用による光信号エラーを訂正するように設計されている。フェージング作用によって自由空間光データストリーム内に欠落ビット又は誤りビットが発生すると、ＦＦＩ装置は、光データストリーム内の欠落ビットを埋める又は誤りビットを訂正するためのアルゴリズムを備えており、訂正した光信号を単モードファイバーを介して光出力ポートから再送信する。ただし、ＦＦＩ装置は、作動のためにはＳＯＮＥＴ信号を必要とする。ＧＢＥとＳＯＮＥＴとの間のクロックレートの非互換性のため、これらの装置は、ＧＢＥ入力データフォーマットでは作動できない。ＥＴＸ−２０３ＡＸ／ Ｍ
ｉＲＩＣｉ１５５インテリジェントメディアコンバータを使用することによって、この問題を克服することができ、テレメトリプロセッサ用の自由空間光リンク動作を実現することができる。
【００３４】
図３は、低コストの波長変換装置の一構成を示している。なお、波長変換装置１１４について図３を参照して説明するが、波長変換装置２１４（図１参照）の構成も同じでありうる。
【００３５】
図３に示した実施態様によれば、波長変換装置１１４は、印刷回路基板（ＰＣＢ）３０に実装された市場にて入手可能な商用ＳＦＰトランシーバー３２を含み、当該印刷回路基板は、ＳＦＰトランシーバー３２用の二対の差分電気コネクタ（ＰＣＢ３０には図示せず）及びＤＣ電源コネクタ（ＰＣＢ３０には図示せず）を有するものである。受信機の差分出力コネクタ対の電気信号は、送信機の差分入力コネクタ対に接続されている。１３００ｎｍの光信号がＳＦＰトランシーバー３２の受信機に入力されると、受信機の出力が送信機の入力として供給される。ＳＦＰトランシーバー３２の送信機は、１５３７ｎｍのレーザー（波長変換装置１１４の場合）又は１５６９ｎｍのレーザー（波長変換装置２１４の場合）を搭載している。ＳＦＰトランシーバー３２は、変調された光信号を、図１に示したＥＤＦＡ１１８（又は２１８）の入力側に出力する。波長変換装置が用いられるのは、トランシーバー２０８ｂ（又は１０８ｂ）の送信機が１３００ｎｍの波長で動作し、ＥＤＦＡが１５００〜１６００ｎｍの波長範囲において最大のゲイン及び効率で動作するからである。
【００３６】
図４は、図３に示した波長コンバータの設計に類似する低コストの再生器の構成を示している。なお、再生器１３４について図４を参照して説明するが、再生器２３４（図１参照）の構成も同じでありうる。
【００３７】
図４に示した実施態様によれば、再生器１３４は、ＰＣＢ４０に実装された市場にて入手可能な商用ＳＦＰトランシーバー１３６を含み、ＰＣＢは、ＳＦＰトランシーバー１３６用の二対の差分電気コネクタ（ＰＣＢ４０には図示せず）及びＤＣ電源コネクタ（ＰＣＢ４０には図示せず）を有するものである。制限増幅器１３０（又は２３０）（図１参照）からの差分出力が、送信機の差分入力コネクタ対に接続されている。受信機の差分出力コネクタは、接続がなされず、オープンのままとされている。ＳＦＰトランシーバー１３６（又は２３６）が始動して、ＯＣＲＡ１２８（又は２２８）（図１参照）の制限増幅器１３０（又は２３０）からの差分出力信号が差分入力に供給されると、ＯＣＲＡ入力信号は、ＳＦＰトランシーバー１３６（又は２３６）の送信機によって、光出力として再生される。再生信号の波長は、ＳＦＰトランシーバー１３６の送信機のレーザーの選択に依存
する。１３００ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲が、ＦＦＩ装置１４０（及び２４０）のＤＰＳ受信機と互換性がある。
【００３８】
図５は、図１に示したシステムに組み込まれたＦＦＩ装置１４０のいくつかのハードウェアコンポーネント及び他の電子回路の機能を示す。なお、ＦＦＩ装置１４０について図５を参照して説明するが、ＦＦＩ装置２４０（図１参照）の構成も同じでありうる。
【００３９】
図５に示した実施態様によれば、ＦＦＩ装置１４０は、電源４６及びＵＳＢ  ＰＣインターフェイス４８とともにＰＣＢ５０に実装された、市場にて入手可能な一対の商用ＳＦＰトランシーバー４２、４４を含む。前述したように、ＦＦＩ装置１４０は、クロックデータリカバリを行い、復元されたクロックデータ信号を用いて、ＬＣＴ ＳＦＰトランシ
ーバー４２の送信機を駆動する。ＬＣＴ ＳＦＰトランシーバー４２の送信機からの光信
号は、光接続部５６を介して、ＬＣＴ ＳＦＰトランシーバー４２の受信機にループバッ
クされる。光接続部５６は、一対のファイバーコネクタ５２、５４を含み、これらは、それぞれの光ファイバーによって、互いに対して、ならびに、ＳＦＰトランシーバー４２の送信機及び受信機に対して、光学的に接続されている。ＦＦＩ装置１４０は、ループバックされたＬＣＴ受信機信号を、ＤＰＳトランシーバー４４の受信機における（ＳＯＮＥＴフォーマットの）入力信号と比較して、データストリーム内の欠落ビット及び／又は誤りビットのための誤り訂正アルゴリズムを実行する。訂正されたビットストリームは、次に、別のクロックデータリカバリ回路を通ることによって、ＳＯＮＥＴ ＯＣ−３フォーマ
ットの波形に変更され、ＤＰＳトランシーバー４４の送信機を駆動する。
【００４０】
ＬＣＴは、ＦＦＩ装置内において、ＯＣＲＡ無しで１つの大気影響緩和を行うための、自由空間レーザー通信用送信チャネルとして動作するように設計されている。本明細書に開示したシステムは、ＯＣＲＡと共に二重の緩和策を採用しているため、ＬＣＴは、ＦＦＩ装置内の電気的ハードウェアを変更する必要なく二重の大気影響緩和（ＦＦＩ装置のＯＣＲＡとの統合）を実現するループバックファイバーで接続されている。
【００４１】
基本的に、前方誤り訂正中の電気信号のフォーマットは、ＳＯＮＥＴフォーマットであり、すなわち、ＦＦＩ装置は、内部ではＳＯＮＥＴフォーマットの電気信号で動作する。誤り訂正プロセス自体は、入力信号及び出力信号のビットストリームを操作している。このプロセスは、ＳＯＮＥＴフォーマット又は他の信号フォーマットのいずれでも動作すべきであるが、ＦＦＩ装置用のハードウェアは、ＳＯＮＥＴに基づいている。このため、誤り訂正用ハードウェアは、ＳＯＮＥＴの入出力フォーマットとインターフェイスするように設計されている。
【００４２】
ＰＣＢ５０上の電子回路は、以下を含む。すなわち、（ａ）ＳＦＰトランシーバー４４の受信機によって出力された電気信号を処理して、入力光信号からデータビットストリームを復元する第１のクロックデータリカバリ回路２２、（ｂ）データビットストリームのデータをインターリーブするインターリーブエレクトロニクス（interleaving electronics）２４、（ｃ）第１の前方誤り訂正機能を実行する前方誤り訂正（ＦＥＣ）エレクトロニクス２６、（ｄ）訂正されたデータビットストリームを整理してフレームを形成するフレーミングエレクトロニクス（framing electronics）２８、（ｅ）フレーミングエレク
トロニクス２８によって出力された電気信号を処理して、処理された電気信号をＳＦＰトランシーバー４２の送信機に送信する第２のクロックデータリカバリ回路３０、である。ＳＦＰトランシーバー４２の送信機と受信機は、光接続部５６によって光学的に接続されている。ＰＣＢ５０上の電子回路は、さらに以下を含む。すなわち、（ｆ)ＳＦＰトラン
シーバー４２の受信機によって出力された電気信号を処理して、光信号からデータビットストリームを復元する第３のクロックデータリカバリ回路５８、（ｇ）インターリーブをアンドゥーするデインターリーブエレクトロニクス（de-interleaving electronics）６
０（ｈ）第２の前方誤り訂正機能を実行するＦＥＣエレクトロニクス６２（誤り訂正を二度実行することによって、訂正された信号ビットストリームに高い整合性を与えることができる）、（ｉ）フレーミングをアンドゥーするデフレーミングエレクトロニクス（de-framing electronics）６４、（ｊ）デフレーミングエレクトロニクス６４によって出力された電気信号を処理して、誤り訂正されたデータビットストリームをＳＯＮＥＴフォーマットの光信号に変換するＳＦＰトランシーバー４４の送信機に、このように処理した電気信号を送信する、第４のクロックデータリカバリ回路６６、である。
【００４３】
図６は、大気中を伝播する光信号を用いてデータプロセッサ間でデータ通信を行う方法３００を示すフローチャートである。一実施形態による方法３００は、以下の工程を含む。第１のデータプロセッサから、ＧＢＥフォーマットの電気信号の形態のデータビットストリームを送信する（工程３０２）。第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号をＳＯＮＥＴフォーマットの一の波長の光信号に変換する（工程３０４）。上記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換する（工程３０６）。上記別の波長の光信号を増幅する（工程３０８）。増幅した光信号を単モードファイバーを介して第１のテレスコープに送信する（工程３１０）。工程３１０で生成した光信号を第１のテレスコープから大気を介して送信する（工程３１２）。第１のテレスコープによって送信された光信号を第２のテレスコープで受信する（工程３１４）。第２のテレスコープで受信した光信号を電気信号に変換する（工程３１６）。工程３１６で生成された電気信号をＳＯＮＥＴフォーマットの再生光信号に変換する（工程３１８）。再生光信号をデータビットストリームである電気信号に変換する（工程３２０）。工程３２０で生成された電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成する（工程３２２）。訂正されたデータビットストリームである電気信号を、訂正されたデータビットストリームであるＳＯＮＥＴフォーマットの光信号に変換する（工程３２４）。工程３２４で生成された光信号を、訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換する（工程３２６）。訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を、第２のデータプロセッサで受信する（工程３２８）。
【００４４】
このように、上述のシステムは、飛行機と地上局との間のＧＢＥテレメトリデータの自由空間二方向レーザー通信のための二重の大気影響緩和法を採用している。このシステムは、データレートの増大に限界があるとともに電磁干渉の影響を受けやすいＲＦリンクを用いた手法に対する、実用可能な改善策である。
【００４５】
種々の実施形態に言及して自由空間レーザー通信システムを説明したが、当業者であればわかるように、本明細書の教示を逸脱することなく、様々な変更が可能であり、システムの要素は、均等の要素で代用することが可能である。また、本明細書に開示した概念及び実施態様を特定の状況に適合させるために、多くの改変を行うことができる。従って、特許請求の範囲によってカバーされる要旨は、開示の実施形態に限定されないことを意図している。
【００４６】
以下に述べる方法クレームは、記載された工程がアルファベット順に行われること（特許請求の範囲におけるあらゆるアルファベット順は、前述した工程に言及する目的のみで使用されている）、又は記載した順に行われることを要件とすると解釈されるべきではない。また、２つ又はそれ以上の工程が同時にあるいは異なる順序で行われることを排除すると解釈されるべきではない。
【００４７】
以下の項は、本開示のさらなる態様を記載している。
【００４８】
付記Ａ１．テレスコープと、
前記テレスコープから光信号を受信するように配置された複数のレンズと、
前記レンズによって受信した光信号を電気信号に変換するための複数の光検出器と、
前記光検出器からの前記電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された電子回路と、
前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、
前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、
前記メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステム。
【００４９】
Ａ２．前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキング（Synchronous Optical Networking）である、項Ａ１に記載のシステム。
【００５０】
Ａ３．前記データプロセッサは、少なくとも毎秒1ギガビットの速度でイーサネットフ
レームを送信するテレメトリプロセッサである、項Ａ１又はＡ２に記載のシステム。
【００５１】
Ａ４．前記データプロセッサは、データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を前記メディアコンバータに送信するようにさらにプログラムされており、前記メディアコンバータは、前記データプロセッサから受信した前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、一の波長の光信号に変換するようにさらに構成されており、前記システムは、
前記メディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記テレスコープに搬送する光接続部と、をさらに備える、項Ａ３に記載のシステム。
【図１】
2019110540.tif 000003
【図２】
2019110540.tif 000004
【図３】
2019110540.tif 000005
【図４】
2019110540.tif 000006
【図５】
2019110540.tif 000007
【図６】
2019110540.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジンバルアセンブリに取り付けられたテレスコープと、
前記テレスコープと協働するレンズのアレイと、
前記レンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記レンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された光通信受信機アレイと、
前記差分電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された再生器と、
前記再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、
前記誤り訂正サブシステムによって送信された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、
前記メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステム。
【請求項２】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキング（Synchronous Optical Networking）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データプロセッサは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信するテレメトリプロセッサである、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記テレスコープは、入射する自由空間光信号を前記レンズのアレイに向かわせるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項５】
前記データプロセッサは、データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を前記メディアコンバータに送信するようにさらにプログラムされており、前記メディアコンバータは、前記データプロセッサから受信した前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記データビットストリームである、一の波長の光信号に変換するようにさらに構成されており、前記システムは、
前記メディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記テレスコープに搬送する光接続部と、をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングである、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項７】
前記データプロセッサは、テレメトリデータを処理するようにプログラムされている、請求項１〜６のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項８】
第１のジンバルアセンブリおよび第２のジンバルアセンブリにそれぞれ取り付けられた第１及び第２のテレスコープと、
データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を送信するようにプログラムされた第１のデータプロセッサと、
前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記送信されたデータビットストリームである、一の波長の光信号に変換するように構成された第１のメディアコンバータと、
前記第１のメディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記第１のテレスコープに搬送する光接続部と、
前記第２のテレスコープから光を受信するように配置され且つ前記第１のテレスコープと協働するように構成された第１のレンズのアレイと、
前記第１のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記第１のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第１の光通信受信機アレイと、
前記差分電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された第１の再生器と、
前記第１の再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された第１の誤り訂正サブシステムと、
前記第１の誤り訂正サブシステムからの前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成された第２のメディアコンバータと、
前記第２のメディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされた第２のデータプロセッサと、を含む通信システム。
【請求項９】
前記第１のテレスコープ、前記第１のデータプロセッサ、及び前記第１のメディアコンバータは、可動プラットフォーム及び地上局のうちの一方に配置されており、前記第２のテレスコープ、前記第２のデータプロセッサ、及び前記第２のメディアコンバータは、前記可動プラットフォーム及び前記地上局のうちの他方に配置されている、請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングである、請求項８又は９に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記第１及び第２のデータプロセッサのそれぞれは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信及び受信可能なテレメトリプロセッサである、請求項１０に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記第１のテレスコープから光を受信するように配置され且つ前記第２のテレスコープと協働するように構成された第２のレンズのアレイと、
前記第２のレンズのアレイに光学的に接続されるとともに、前記第２のレンズのアレイに入射する光を差分電気信号に変換するように構成された第２の光通信受信機アレイと、
前記第２の光通信受信機アレイからの前記差分電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された第２の再生器と、
前記第２の再生器からの前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された、第２の誤り訂正サブシステムと、をさらに含み、
前記第１のメディアコンバータは、前記第２の誤り訂正サブシステムからの前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されている、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項１３】
前記第１のテレスコープと前記第２のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、第１の波長を中心とする第１のバンドパスフィルターと、
前記第２のテレスコープと前記第１のレンズのアレイとの間に配置されるとともに、前記第１の波長とは異なる第２の波長を中心とする第２のバンドパスフィルターと、をさらに含む、請求項１２に記載の通信システム。
【請求項１４】
ジンバルアセンブリに取り付けられたテレスコープと、
前記テレスコープから光信号を受信するように配置された複数のレンズと、
前記レンズによって受信した光信号を電気信号に変換するための複数の光検出器と、
前記光検出器からの前記電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換するように構成された電子回路と、
前記再生光信号を、データビットストリームである電気信号に変換し、データビットストリームである前記電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成し、前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換するように構成された誤り訂正サブシステムと、
前記訂正された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換するように構成されたメディアコンバータと、
前記メディアコンバータから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を処理するようにプログラムされたデータプロセッサと、を含むシステム。
【請求項１５】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記データプロセッサは、少なくとも毎秒1ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信するテレメトリプロセッサである、請求項１４又は１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記データプロセッサは、データビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を前記メディアコンバータに送信するようにさらにプログラムされており、前記メディアコンバータは、前記データプロセッサから受信した前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、一の波長の光信号に変換するようにさらに構成されており、前記システムは、
前記メディアコンバータから受信した前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換するように構成された波長コンバータと、
前記別の波長の光信号を増幅するための光増幅器と、
前記増幅された光信号を前記テレスコープに搬送する光接続部と、をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
大気中を伝播する光信号を用いてデータプロセッサ間でデータ通信を行う方法であって、
（ａ）第１のデータプロセッサから、ＧＢＥフォーマットの電気信号の形態のデータビットストリームを送信することと、
（ｂ）前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記送信されたデータビットストリームである光信号に変換することと、
（ｃ）工程（ｂ）で生成した前記光信号を、第１のジンバルアセンブリに取り付けられた第１のテレスコープから大気を介して送信することと、
（ｄ）前記第１のテレスコープによって送信された前記光信号を、第２のジンバルアセンブリに取り付けられた第２のテレスコープで受信することと、
（ｅ）前記第２のテレスコープで受信した前記光信号を電気信号に変換することと、
（ｆ）工程（ｅ）で生成された前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた再生光信号に変換することと、
（ｇ）前記再生光信号をデータビットストリームである電気信号に変換することと、
（ｈ）工程（ｇ）で生成された電気信号に前方誤り訂正を行うことによって、訂正されたデータビットストリームである電気信号を生成することと、
（ｉ）前記訂正されたデータビットストリームである前記電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、前記訂正されたデータビットストリームである光信号に変換することと、
（ｊ）工程（ｉ）で生成された光信号を、前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号に変換することと、
（ｋ）前記訂正されたデータビットストリームであるＧＢＥフォーマットの電気信号を、第２のデータプロセッサで受信することと、を含む方法。
【請求項１９】
前記工程（ｂ）は、
前記第１のデータプロセッサから受信したＧＢＥフォーマットの電気信号を、前記特定のネットワークプロトコルに従ってフォーマットされた、一の波長の光信号に変換することと、
前記一の波長の光信号を別の波長の光信号に変換することと、
前記別の波長の光信号を増幅することと、
前記増幅した光信号を単モードファイバーを介して前記第１のテレスコープに送信することと、を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記特定のネットワークプロトコルは、シンクロナスオプティカルネットワーキングであり、前記第１及び第２のデータプロセッサのそれぞれは、少なくとも毎秒１ギガビットの速度でイーサネットフレームを送信及び受信可能なテレメトリプロセッサである、請求項１８又は１９に記載の方法。
【外国語明細書】
2019110540000001.pdf
2019110540000002.pdf
2019110540000003.pdf
2019110540000004.pdf