一种水下便携式无线光通信系统及通信方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水下便携式无线光通信系统及通信方法。包括主光通信系统和从光通信系统，主光通信系统用于主动请求通信但不参与通信链路的搭建；从光通信系统一直处于被动接收状态，当接收到主光通信系统发射的对准光时，快速完成通信链路的搭建并实行通信；本发明专利技术可以实现较长距离、高速率、高隐蔽性的水下通信。本发明专利技术既解决主动通信的问题，又实现了被动接收，且灵活性高，通信稳定性好。本发明专利技术系统简单、轻便、可实现且易于携带。主光通信系统可固定在携带者的前胸、左右肩头或者蛙人面具上，从光通信系统可以固定在氧气瓶上，不影响携带者在水下的正常活动。

A Portable Underwater Wireless Optical Communication System and Communication Method

The invention relates to an underwater portable wireless optical communication system and a communication method. The main optical communication system includes the main optical communication system and the slave optical communication system. The main optical communication system is used for active request communication but does not participate in the construction of communication links; the slave optical communication system is always in the passive receiving state, when receiving the alignment light emitted by the main optical communication system, the construction of communication links is completed quickly and the communication is carried out; the invention can realize long distance, high speed and high concealment of water. Communication below. The invention not only solves the problem of active communication, but also realizes passive reception, and has high flexibility and good communication stability. The system of the invention is simple, portable, realizable and easy to carry. The main optical communication system can be fixed on the carrier's forechest, left and right shoulders or frogman mask, and the slave optical communication system can be fixed on the oxygen cylinder without affecting the carrier's normal underwater activities.

【技术实现步骤摘要】
一种水下便携式无线光通信系统及通信方法
本专利技术属于水下通信领域，具体涉及一种水下便携式无线光通信系统及通信方法。
技术介绍
海洋以及湖泊占有地球超过三分之二的面积，它是人类重要的探索活动领域。水下通信为人类对于海洋和湖泊资源探索、湖海生物观测、海底异常火山震动、海中搜救、沉船打捞、水下遗迹探索、水下军事对抗等行为提供了极大的便利。陆地上常用的电磁波通信在水中衰减严重，通信距离受到严重的制约，即使超低频波段可以实现较长距离通信，但通讯速率低、通讯设备庞杂是其抹不开的短板。450nm-550nm波段的蓝绿光在水中衰减较小，以此波段作为信息载体的水下光通信由于通信距离较长、传输速率高、隐蔽性能好等优势得到大力快速的发展。本专利技术基于蓝绿光提出一种水下便携式无线光通信方法及实现，有效的解决当前水下通信的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水下便携式无线光通信系统及通信方法，以解决上述技术问题。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种水下便携式无线光通信系统，包括主光通信系统和从光通信系统，主光通信系统用于主动请求通信但不参与通信链路的搭建；从光通信系统一直处于被动接收状态，当接收到主光通信系统发射的对准光时，快速完成通信链路的搭建并实行通信；主光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、人机交互模块、防水模块；从光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、对光控制模块、人机交互模块、防水模块；电源模块给整个系统提供电源；微处理器模块给整个系统提供运算处理；信息收发模块包括信息发送装置和信息接收装置，其中信息发送装置含有对准LED和通信LED，对准LED发射波段为λ1(λ1∈450nm-550nm)的对准光；通信LED发射波段为λ2(λ2∈450nm-550nm,λ2≠λ1)的通信光，信息接收装置包含多个对光接收装置和一个通信光接收装置，对光接收装置只接收波段为λ1的对准光，在主光通信系统中用作通信光路成功建立的标志信息，在从光通信系统中用作对光控制模块的反馈信息；通信光接收装置只接收波段为λ2的通信光，用作通信；信息预处理模块实现滤波、流压信号的相互转换、放大和调制解调；对光控制模块由自由控制旋转、俯仰的反射镜组成，控制过程包括捕获、对准、跟踪三种模式，通过信息收发模块中的反馈信息和自身模块的三种模式来实现闭环控制，将通信光反射到通信光接收装置上，完成通信链路的搭建；人机交互模块实现语音、电信号的相互转换；防水模块用于保证系统防水性和透光性。一种水下便携式光通信的方法，包括如下步骤：步骤1：主光通信系统要向从光通信系统请求建立通信时，主光通信系统初始化，主光通信系统的信息收发模块中的信息发送装置开启对准LED，信息接收装置开始接收，从光通信系统的信息收发模块中的多个对光接收装置均未接收到主光通信系统中对准LED发射来的对准光时，即从光通信系统中的对光控制模块接收到的反馈信息为零，从光通信系统中的对光控制模块的对光控制模块一直处于捕获模式，反射镜按照一定规律进行俯仰和旋转，目的为了将对准光反射进信息收发模块；步骤2：当从光通信系统的收发模块中多个对光接收装置中任意一个接收到对准光时，即从光通信系统中的对光控制模块接收到的反馈信息不为零，对光控制模块退出捕获模式，进入对准模式，根据对光接收装置接收来自主光通信系统的对准光信息与对光接收装置和通信光接收装置的相对位置信息，微处理器模块控制对光控制模块的反射镜转动，目的是将对准光反射到适合搭建通信链路的位置；当完成通信链路的搭建时，对光控制模块退出对准模式，进入跟踪模式；步骤3：当从光通信系统完成通信链路的搭建时，从光通信系统的信息收发模块中的信息发送装置开启对准LED，向主光通信系统发送对准光，主光通信系统中的信息收发模块中的对光接收装置接收到来自从光通信系统中的信息收发模块的对准LED发射的对准光时，反馈给自身系统一个通信链路成功建立的标志信息；此时，主、从光通信系统的信息收发模块中的信息发送装置开启通信LED，双方开始互相发射通信光，主、从光通信系统开始向各自系统的人机交互模块发送通信链路连接完成信息，主、从光通信系统的携带者开始进行语音通话；步骤4：当主、从光通信系统的携带者可以开始进行语音通话时，从光通信系统的对光控制模块一直处于跟踪模式，跟踪模式用于解决主、从光通信系统由于携带者的相对运动造成已成功搭建的通信链路断裂的问题，根据从光通信系统中信息收发模块中的多个对光接收装置接收的不同的反馈信息与多个对光接收装置和通信光接收装置的相对位置信息进行判断，微处理器模块控制对光控制模块的反射镜在一定范围内微调，以达到通信链路时时稳定的目的；步骤5：当通话结束时，关闭整个主光通信系统，此时，从光通信系统的对光控制模块接收不到反馈信息，因此关闭本系统的对准LED和通信LED并让对光控制模块退出追踪模式，重新进入捕获模式，若主光通信系统需要再次向从光通信系统建立通信时，重复步骤2、3、4。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术使用的通信光、对准光均处在450nm-550nm波段，因此波段在水中衰减较小，本专利技术可以实现较长距离、高速率、高隐蔽性的水下通信。(2)本专利技术分为主、从两种光通信系统，主光通信系统可以主动发射对准光请求通信，从光通信系统一直处在被动接收通信请求的状态，当收到对准光时，可以自主、快速地对准、跟踪，完成通信链路的搭建和保持；本专利技术既解决主动通信的问题，又实现了被动接收，且灵活性高，通信稳定性好。(3)本专利技术系统简单、轻便、可实现且易于携带。主光通信系统可固定在携带者的前胸、左右肩头或者蛙人面具上，从光通信系统可以固定在氧气瓶上，不影响携带者在水下的正常活动。附图说明图1本专利技术的主、从光通信系统和链路的模型图；图2本专利技术中的信息收发模块中的各装置相对位置图；图3本专利技术的反射镜初始位置和转动方式图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。本实例分为主光通信系统和从光通信系统这两种光通信系统，其中主、从光通信系统和链路的模型图，如图1所示。这两种通信系统的主要区别在于，主光通信系统的功能是主动请求通信但不参与通信链路的搭建；从光通信系统一直处于被动接收状态，当接收到主光通信系统发射的对准光时，快速完成通信链路的搭建并实行通信。主光通信包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、人机交互模块、防水模块；从光通信包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、对光控制模块、人机交互模块、防水模块。电源模块给整个系统提供电源。微处理器模块给整个系统提供运算处理。信息预处理模块实现滤波、流压信号的相互转换、放大和OOK的调制解调。信息收发模块包括信息发送装置和信息接收装置。其中信息发送装置含有对准LED和通信LED。对准LED发射波段为480nm、发散角为10°、发射功率为1W的对准光；通信LED发射波段为530nm、发散角为10°、发射功率为1W的通信光。信息接收装置包含4个对光接收装置和1个通信光接收装置。对光接收装置只接收波段为480nm的对准光，在主光通信系统中用作通信光路成功建立的标志本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下便携式无线光通信系统，其特征在于，包括主光通信系统和从光通信系统，主光通信系统用于主动请求通信但不参与通信链路的搭建；从光通信系统一直处于被动接收状态，当接收到主光通信系统发射的对准光时，快速完成通信链路的搭建并实行通信；主光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、人机交互模块、防水模块；从光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、对光控制模块、人机交互模块、防水模块；电源模块给整个系统提供电源；微处理器模块给整个系统提供运算处理；信息收发模块包括信息发送装置和信息接收装置，其中信息发送装置含有对准LED和通信LED，对准LED发射波段为λ1(λ1∈450nm‑550nm)的对准光；通信LED发射波段为λ2(λ2∈450nm‑550nm,λ2≠λ1)的通信光，信息接收装置包含多个对光接收装置和一个通信光接收装置，对光接收装置只接收波段为λ1的对准光，在主光通信系统中用作通信光路成功建立的标志信息，在从光通信系统中用作对光控制模块的反馈信息；通信光接收装置只接收波段为λ2的通信光，用作通信；信息预处理模块实现滤波、流压信号的相互转换、放大和调制解调；对光控制模块由自由控制旋转、俯仰的反射镜组成，控制过程包括捕获、对准、跟踪三种模式，通过信息收发模块中的反馈信息和自身模块的三种模式来实现闭环控制，将通信光反射到通信光接收装置上，完成通信链路的搭建；人机交互模块实现语音、电信号的相互转换；防水模块用于保证系统防水性和透光性。...

【技术特征摘要】
1.一种水下便携式无线光通信系统，其特征在于，包括主光通信系统和从光通信系统，主光通信系统用于主动请求通信但不参与通信链路的搭建；从光通信系统一直处于被动接收状态，当接收到主光通信系统发射的对准光时，快速完成通信链路的搭建并实行通信；主光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、人机交互模块、防水模块；从光通信均包含以下模块：电源模块、微处理器模块、信息收发模块、信息预处理模块、对光控制模块、人机交互模块、防水模块；电源模块给整个系统提供电源；微处理器模块给整个系统提供运算处理；信息收发模块包括信息发送装置和信息接收装置，其中信息发送装置含有对准LED和通信LED，对准LED发射波段为λ1(λ1∈450nm-550nm)的对准光；通信LED发射波段为λ2(λ2∈450nm-550nm,λ2≠λ1)的通信光，信息接收装置包含多个对光接收装置和一个通信光接收装置，对光接收装置只接收波段为λ1的对准光，在主光通信系统中用作通信光路成功建立的标志信息，在从光通信系统中用作对光控制模块的反馈信息；通信光接收装置只接收波段为λ2的通信光，用作通信；信息预处理模块实现滤波、流压信号的相互转换、放大和调制解调；对光控制模块由自由控制旋转、俯仰的反射镜组成，控制过程包括捕获、对准、跟踪三种模式，通过信息收发模块中的反馈信息和自身模块的三种模式来实现闭环控制，将通信光反射到通信光接收装置上，完成通信链路的搭建；人机交互模块实现语音、电信号的相互转换；防水模块用于保证系统防水性和透光性。2.一种水下便携式光通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：主光通信系统要向从光通信系统请求建立通信时，主光通信系统初始化，主光通信系统的信息收发模块中的信息发送装置开启对准LED，信息接收装置开始接收，从光通信系统的信息收发模块中的多个对光接收装置均未接收到主光通信系统中对准LED发射来的对准光时，即从光通信系统中的对光控制模块接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，李晗辰，王晶，宋世渊，张颖，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61