本发明属于光通信与测量，具体涉及时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，还涉及时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法。
背景技术：
1、传统射频通信由于频谱资源紧缺的限制，已愈发无法满足海量数据增长的需求，而无线激光通信与传统的射频通信相比，传输速率高，且激光方向性好，远距离传输发散角也不明显，由此带来保密性强的优势，有利于通信设备小型化，部署方便快捷，现今已在星际、星地、地面站之间、水下、以及跨介质等诸多场景得到广泛关注和研究。
2、同时，基于激光方向性优势，激光在测距领域的应用也得到长足发展，无论从小到土木工程建筑施工用的激光测距仪器，还是大到测量月球、火星等星系与地球的距离，激光测距已渗透到社会生活和科学研究的方方面面。
3、国内外在开展激光通信和测距研究的同时，开始着手研究实现激光通信与测距一体化的技术，通信与测距一体化已成为必然趋势。从通信理论层面看，按照信息流传输方向通信系统分为单工、半双工和双工通信三种方式，显然未来通信与测距一体化系统更倾向于实现功能更完备的兼具测距功能的双工通信系统。然而，激光通信与测距过程受时钟同步误差、激光衰减和杂散光干扰因素影响，导致测距不准。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，能够实现全双工通信，具备高精度的测距功能。
2、本发明另一目的是提供时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，解决了现有通信与测距过程中因时钟同步偏差、环境杂散光干扰导致的测距不准以及通信质量下降的技术问题。
3、本发明所采用的第一个技术方案是，时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，光发射机a发射激光经过分光镜组件a分成光束a、光束b，光束a进入探测器a，光束b依次经过相位板a、滤波器a、光学天线a，并经空间传输后输入光学天线b、滤波器b、相位板b进入分光镜组件b分成光束c、光束d，光束c进入光接收机b，光束d进入探测器c。光发射机b发射激光经过分光镜组件b分成光束e、光束f，光束e进入探测器b，光束f依次经过相位板b、滤波器b、光学天线b，并经空间传输后输入光学天线a、滤波器a、相位板a进入分光镜组件a分成光束g、光束h，光束g进入探测器d，光束h输入光接收机a。
4、本发明的特点还在于：
5、分光镜组件a用于对光发射机a的出射光、光接收机a的入射光进行50：50等比例分光。
6、分光镜组件b用于对光发射机b的出射光、光接收机b的入射光进行50：50等比例分光。
7、相位板a、相位板b均分别用于将接收的基模高斯光调控为环形光或者将接收的环形光还原为基模高斯光。
8、滤波器a、滤波器b均由一个遮光圆盘和一个透光尺寸可调光阑组成。
9、本发明所采用的第二个技术方案是，时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，使用时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，具体按照以下步骤实施：
10、步骤1、开启光发射机a，发射基模高斯光经过分光镜组件a分成光束a、光束b，光束a进入探测器a，记录开启光发射机a至光束a进入探测器a的时间，计算由于时钟误差产生的偏差；
11、步骤2、光束b进入相位板a进行相位调控，使基模高斯光转化为环形光，进入滤波器a、光学天线a、光学天线b、滤波器b、相位板b、分光镜组件b得到光束c、光束d；
12、步骤3、光束d进入探测器c，光束c进入光接收机b完成信息传输，记录光束d进入探测器c的时间，从而计算光发射机a到光接收机b的距离。
13、步骤1具体过程为：
14、开启光发射机a，并触发计时器，开启光发射机a的时刻为t1，发射基模高斯光经过分光镜组件a分成光束a、光束b，光束a进入探测器a时刻为t2，开启光发射机a至被探测器a捕获时间为：t＝t2-t1；
15、光发射机a与分光镜组件a之间的距离为d1，分光镜组件a与探测器a之间的距离为d3，分光镜组件a的尺寸为d2，则光发射机a出射到被探测器a捕获传播的距离真实值为：d＝d1+d2+d3；
16、从光发射机a至探测器a的距离测量值为：d′＝ct；式中c为光速；
17、由于传播产生的距离偏差为：δd＝d-d′；
18、由于时钟误差产生的偏差为：δt＝δd/c。
19、步骤2具体过程为：
20、步骤2.1、光束b表达式为：
21、式中，m(t)为信息数据流，表征激光器出射的光载波为基模高斯光束，r表示光束中心轴线的辐射距离，ω0为光束束腰半径；
22、光束b进入相位板a进行相位调控，附加上相位因子exp(il1θ)，使基模高斯光转化为环形光，表达式为：
23、
24、式中，l1表示发射单元的相位板量子本征态，其取值在相位板a形态上直观反映为螺旋分布的周期数，θ为方位角；
25、步骤2.2、进入滤波器a进行滤波得到较为纯净的环形光；较为纯净的环形光经过光学天线a发射至空间，经空间传输后进入光学天线b，再经滤波器b二次滤波得到纯净的环形光，纯净的环形光输入相位板b附加上相位因子exp(il2θ)，并设置相位板b的量子本征态l2＝-l1，由此环形光被重新还原为基模高斯光，光场表达式s′(t)为：
26、经分光镜组件b分光后得到光束c、光束d。
27、步骤3具体过程为：
28、光束d进入探测器c，光束c进入光接收机b完成信息传输，记录进入探测器c时间t3，光束c进入光接收机b时间为：
29、tall＝t3-t1+δt+δt′；
30、光发射机a到光接收机b的距离l为：
31、l＝c·tall。
32、光发射机b发射激光进入光接收机a时，原理同光发射机a发射激光进入光接收机b相同。
33、本发明有益效果是：
34、(1)本发明所设计的通信/测距系统，集通信与测距功能为一体，不仅可以实现全双工通信，还兼具高精度的测距功能，系统集成化程度高，系统搭建方便，可操作性强；
35、(2)本发明通信/测距系统，不对发射单元和接收单元时钟同步无任何要求，通过巧妙的光路设计有效消除时钟同步误差影响，极大简化了系统复杂度，同时能够保证系统高精度测距；
36、(3)本发明通信/测距方法，具备更强的健壮性，不同于传统激光通信和测距使用激光器直接出射的基模高斯光传输信息和进行测距，本发明通过调控产生环形光进行通信和测距，并基于环形光独特的暗中空形态设计了一种滤波方法有效抑制传输环境对激光束的影响，从而极大提升系统抗干扰能力。
1.时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，其特征在于，光发射机a(1)发射激光经过分光镜组件a(2)分成光束a、光束b，光束a进入探测器a(13)，光束b依次经过相位板a(3)、滤波器a(4)、光学天线a(5)，并经空间传输后输入光学天线b(6)、滤波器b(7)、相位板b(8)进入分光镜组件b(9)分成光束c、光束d，光束c进入光接收机b(10)，光束d进入探测器c(14)；光发射机b(12)发射激光经过分光镜组件b(9)分成光束e、光束f，光束e进入探测器b(11)，光束f依次经过相位板b(8)、滤波器b(7)、光学天线b(6)，并经空间传输后输入光学天线a(5)、滤波器a(4)、相位板a(3)进入分光镜组件a(2)分成光束g、光束h，光束g进入探测器d(15)，光束h输入光接收机a(16)。
2.根据权利要求1所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，其特征在于，所述分光镜组件a(2)用于对光发射机a(1)出射光、光接收机a(16)入射光进行50：50等比例分光。
3.根据权利要求1所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，其特征在于，所述分光镜组件b(9)用于对光发射机b(12)的出射光、光接收机b(10)的入射光进行50：50等比例分光。
4.根据权利要求1所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，其特征在于，所述相位板a(3)、相位板b(8)均分别用于将接收的基模高斯光调控为环形光或者将接收的环形光还原为基模高斯光。
5.根据权利要求4所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，其特征在于，所述滤波器a(4)、滤波器b(7)均由一个遮光圆盘和一个透光尺寸可调光阑组成。
6.时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，其特征在于，使用权利要求1-5任意一项所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距系统，具体按照以下步骤实施：
7.根据权利要求6所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，其特征在于，步骤1具体过程为：
8.根据权利要求6所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，其特征在于，步骤2具体过程为：
9.根据权利要求7所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，其特征在于，步骤3具体过程为：
10.根据权利要求6所述时钟免同步、抗干扰的全双工通信/测距方法，其特征在于，所述光发射机b(12)发射激光进入光接收机a(16)时，原理同光发射机a(1)发射激光进入光接收机b(10)相同。
