一种应用于深海的光通信与定位组合的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于深海的光通信与定位组合的装置，包括激光发射设备、与激光发射设备激光通信的激光接收设备，激光发射设备包括至少一个激光模组，以一定频率发射激光脉冲；激光接收设备包括至少一个透镜和至少一个光敏二极管，激光信号经透镜会聚后被光敏二极管接收获得激光强度；根据光敏二极管获得激光强度和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息：激光发射设备以1倍时钟发射激光脉冲，激光接收设备以3倍时钟接收激光信号，以实现激光发射设备与激光发射设备的激光通信。该装置能够抵抗超大水压的情况下，实现水下航行器与通信站的通信和定位，还能够保证通信和定位的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于深海的光通信与定位组合的装置
本专利技术属于深海通信领域，具体涉及一种应用于深海的光通信与定位组合的装置。
技术介绍
随着海洋探测的逐渐发展，水下的监测设备需要实时的与水上的基站设备进行通信以实现数据的传输和水下监测设备的定位，因此，兼具通信和定位功能的通信设备成了需求品。申请公布号为CN105807298A的专利申请公开了一种全海深海洋装备的定位与通信装置，安装在全海深海洋装备上，与北斗导航卫星通信，包括：光敏开关电路，感知光的照度并发出电平；倾角传感器，感知全海深海洋装备的倾角变化；北斗定位与通信模块，与北斗导航卫星通信；以及控制单元，控制光敏开关电路、倾角传感器、北斗定位与通信模块运行，其中，控制单元采集光敏开关电路和倾角传感器的信号，来判断全海深海洋装备所处的工作状态；无线通信模块实现对控制单元参数的配置与修改；以及通过磁力开关以非接触方式实现整个系统的上电启动与关断；此外，采用能量均衡意识定位信息发送机制来自动调整该装置的短报文信息发送的频度，以减少电池能耗。该装置是基于无限信号和倾角传感器进行定位和通信的。近年来，光通信作为非接触通信得到了越来越广阔的发展。对于水下光通信来讲，研究的主要是通信速率和通信距离的提升。但专门针对利用于深海的耐压光通信研究，和利用光通信实现水下定位的研究十分稀少。现有的水下自由通信设备的通信速率高达1000Mps，能够耐压6000m，但是不具有定位功能，不满足间距定位和通信的需求。水下利用光通信时，由于水造成强烈的折射和水气界面的反射，以及水分子、水溶粒子以及微粒杂质的反射折射作用，光信道中的多路径干扰很明显。多路径干扰是指通信信号分割为二或多个信号的副本，经过多个路径抵达接收端叠加使得波形幅值相位失真的干扰。这些多重路径光波之间到达接收端的时间差过长的时候，甚至会干扰到下一个传送信号，造成符号间重叠干扰。因此，即使用现有的光通信设备进行水下通信，也势必会造成通信信号失真，不满足需要。因此，急需一种兼具通信和定位功能，既能够抵抗较大水压又能保障通信信号准确的水下通信设备。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种应用于深海的光通信与定位组合的装置，该装置能够抵抗超大水压的情况下，实现水下航行器与通信站的通信和定位，还能够保证通信和定位的准确性。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种应用于深海的光通信与定位组合的装置，包括激光发射设备、与激光发射设备激光通信的激光接收设备，激光发射设备包括至少一个激光模组，以一定频率发射激光脉冲；激光接收设备包括至少一个透镜和至少一个光敏二极管，激光信号经透镜会聚后被光敏二极管接收获得激光信号；根据光敏二极管获得激光强度和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息：激光发射设备以1倍时钟发射激光脉冲，激光接收设备以3倍时钟接收激光信号，借此避免水下激光多径效应对系统的干扰，以实现激光发射设备与激光发射设备的激光通信。本专利技术提供的装置中，激光接收设备根据光敏二极管获得激光信号和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息，实现对激光发射设备的定位，同时，激光接收设备采用3倍时钟接收激光发射设备发射的激光，避免了水下光传播的多径效应干扰，提高了两者这件的通信精度。其中，所述激光发射设备还包括：基座，所述基座内设有至少一个用于承载激光模组的通孔，一端设有用于安装激光模组挡片和透镜挡片台阶面；激光模组挡片，所述激光模组挡片安装于基座内，紧贴在通孔的前端，其上设有与通孔数目相同的圆孔，安装时，每个圆孔与基座的通孔对齐，每个圆孔内安装有一凹透镜；透镜挡片，所述透镜挡片上设有与激光模组挡片相同的圆孔，以圆孔对齐的方式安装于激光模组挡片上；第一耐压窗，所述第一耐压窗置于透镜挡片上，所述第一耐压窗为两侧弧度不一致的双月形，对激光进行发散；第一前端盖，所述第一前端盖置于第一耐压窗上，利用螺栓将前端盖固定在基座上，实现对第一耐压窗的固定安装；弹簧挡片，所述弹簧挡片支撑弹簧，弹簧的另一端抵住激光模组，将激光模组抵入基座的通孔；PCB板，所述支撑板设于弹簧挡片的远离激光模组一侧，利用螺柱将弹簧挡片和PCB板固定到基座上；第一套筒，所述第一套筒套在基座表面；第一后端盖，所述第一后端盖固定在第一套筒上；第一水密头，所述水第一水密头穿过第一后端盖并固定在第一后端盖上第一线缆拧盖，所述第一线缆拧盖固定在第一水密头上。上述激光模组包括激光二极管，受PCB板的控制发射激光，激光二极管会出现发热严重现象，为了尽快实现对激光二极管的散热，所述基座的外侧壁上设有散热肋。其中，所述激光接收设备还包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜；第二套筒，所述第二套筒上设有至少一台阶面和至少一凹槽，利用挡块和第二套筒内的凹槽配合将第一透镜压紧在第二套筒内；第二透镜支撑环，所述第二透镜支撑环安装在第二套筒的台阶面上，用来支撑第二透镜；第三透镜支撑环，所述第三透镜支撑环内设有台阶面以支撑第三透镜；支撑环，所述支撑环套在第三透镜的外边缘以实现对其固定，且利用支撑柱将第三透镜支撑环与支撑环固定在一起；两块通过接口固连的PCB板，其中一个PCB板上固定有用于接收激光的至少一个光敏二极管，另一个PCB板用于处理光敏二极管输出电信号，两块PCB板同时胶接在支撑柱上；第二耐压窗，所述第二耐压窗置于第一透镜上；第二前端盖，所述第二前端盖置于第二耐压窗上，利用螺栓将前端盖固定在第二套筒上，实现对第二耐压窗的固定安装；第二后端盖，所述第二后端盖固定在第二套筒上；第二水密头，所述水第二密头穿过第二后端盖并固定在第二后端盖上第二线缆拧盖，所述第二线缆拧盖固定在第二水密头上；激光依次经第二耐压窗、第一透镜、第二透镜、第三透镜后被光电二极管接收。为了提升装置在深海中的适用性，所述基座与第一耐压窗的窗口之间设有密封带，所述第一套筒与第一后端盖之间设有密封圈，所述第二套筒与第二后端盖接触的部位设有密封圈，以此来提升装置的密闭性。具体地，所述PCB板上设有7个光敏二极管，其中，1个光敏二极管设有支撑板的中心，另外6个光敏二极管分布在以PCB板中心为圆心的圆周上。具体地，所述根据光敏二极管获得激光强度和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息包括：利用以下公式即可获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置(αlight，θlight)获得：以中心光敏二极管为原点，建立直接坐标系，其中，xi、yi为第i个光敏二极管相对于原点的横坐标与纵坐标，Ii为第i个光敏二极管接收到的入射光的光强，αlight为入射到第二耐压窗的激光与透镜光轴的夹角，θlight为光斑位置(xspot，yspot)与x轴的夹角，θlight为光斑位置(xspot，yspot)与x轴的夹角，f2～f4是激光接收设备中第一透镜到第三透镜的焦距，d1为第二耐压窗与第一透镜之间的距离，d2为第一透镜与第二透镜之间的距离，d3为第二透镜与第三透镜之间的距离，d4为第三透镜与固定有光敏二极管的PCB板之间的距离。本专利技术具有的有益效果为：本专利技术提供的装置具有很轻的密闭性和耐压性，特别适用于深海中，且该装置利用激光二极管和光敏二极管能够实现激光发射设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于深海的光通信与定位组合的装置，包括激光发射设备、与激光发射设备激光通信的激光接收设备，其特征在于，激光发射设备包括至少一个激光模组，以一定频率发射激光脉冲；激光接收设备包括至少一个透镜和至少一个光敏二极管，激光信号经透镜会聚后被光敏二极管接收获得激光信号；根据光敏二极管获得激光强度和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息：激光发射设备以1倍时钟发射激光脉冲，激光接收设备以3倍时钟接收激光信号，借此避免水下激光多径效应对系统的干扰，以实现激光发射设备与激光发射设备的激光通信。

【技术特征摘要】
1.一种应用于深海的光通信与定位组合的装置，包括激光发射设备、与激光发射设备激光通信的激光接收设备，其特征在于，激光发射设备包括至少一个激光模组，以一定频率发射激光脉冲；激光接收设备包括至少一个透镜和至少一个光敏二极管，激光信号经透镜会聚后被光敏二极管接收获得激光信号；根据光敏二极管获得激光强度和激光接收设备中透镜的几何参数获得激光接收设备相对激光发射设备的二维位置信息：激光发射设备以1倍时钟发射激光脉冲，激光接收设备以3倍时钟接收激光信号，借此避免水下激光多径效应对系统的干扰，以实现激光发射设备与激光发射设备的激光通信。2.如权利要求1所述的应用于深海的光通信与定位组合的装置，其特征在于，所述激光发射设备还包括：基座，所述基座内设有至少一个用于承载激光模组的通孔，一端设有用于安装激光模组挡片和透镜挡片台阶面；激光模组挡片，所述激光模组挡片安装于基座内，紧贴在通孔的前端，其上设有与通孔数目相同的圆孔，安装时，每个圆孔与基座的通孔对齐，每个圆孔内安装有一凹透镜；透镜挡片，所述透镜挡片上设有与激光模组挡片相同的圆孔，以圆孔对齐的方式安装于激光模组挡片上；第一耐压窗，所述第一耐压窗置于透镜挡片上，所述第一耐压窗为两侧弧度不一致的双月形，对激光进行发散；第一前端盖，所述第一前端盖置于第一耐压窗上，利用螺栓将前端盖固定在基座上，实现对第一耐压窗的固定安装；弹簧挡片，所述弹簧挡片支撑弹簧，弹簧的另一端抵住激光模组，将激光模组抵入基座的通孔；PCB板，所述支撑板设于弹簧挡片的远离激光模组一侧，利用螺柱将弹簧挡片和PCB板固定到基座上；第一套筒，所述第一套筒套在基座表面；第一后端盖，所述第一后端盖固定在第一套筒上；第一水密头，所述水第一水密头穿过第一后端盖并固定在第一后端盖上第一线缆拧盖，所述第一线缆拧盖固定在第一水密头上。3.如权利要求2所述的应用于深海的光通信与定位组合的装置，其特征在于，所述基座的外侧壁上设有散热肋。4.如权利要求2所述的应用于深海的光通信与定位组合的装置，其特征在于，所述基座与第一耐压窗的窗口之间设有密封带，所述第一套筒与第一后端盖之间设有密封圈。5.如权利要求4所述的应用于深海的光通信与定位组合的装置，其特征在于，所述激光接收设备还包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜；第二套筒，所述第二套筒上...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，华骁寒，吴世军，单鑫，周璞哲，郅慧，陈玉璐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33