一种空基系统水下对潜通信装置及通信方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空基系统水下对潜通信装置及通信方法，利用空基系统水下对潜通信装置，传输方法包括：先对光源进行分束得到第一光源和第二光源，再将第二光源分束为第一水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号；对下行链路的信源进行编码；将编码后的信源调制到第一水平偏振光信号，在将其与第一垂直偏振光信号进行合束、分离，先对分离后的垂直偏振光信号进行延时，然后对水平偏振光信号和垂直偏振光信号进行相干探测、解码和译码，完成下行链路信息的传输；对上行链路的信源进行编码；利用编码后的信源对第二垂直偏振光信号进行二次调制；对调制后的信号与第一光源进行相干探测、解码和译码，完成上行链路信息的传输。

An Underwater Submarine Communication Device and Communication Method for Space-based System

【技术实现步骤摘要】
一种空基系统水下对潜通信装置及通信方法
本专利技术属于通信方法
，涉及一种空基系统水下对潜通信装置，还涉及上述空基系统水下对潜通信装置的通信方法。
技术介绍
常用的对潜通信方式，一种是采用超低频和甚低频电磁波，对于超低频和甚低频电磁波的通信方式，天线尺寸要求大，可利用的频带范围有限；另一种采用水声通信方式，声波在水中的衰减与频率的平方成正比，该特性导致了水下声信道是带宽受限的。采用光通信的对潜通信方式，由于存在大气信道和海水信道对光信号的衰减，使得在接收端对信号的检测灵敏度较低，同时对于空基系统上行链路的通信，很少提及。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种空基系统水下对潜通信装置，能提高双工链路接收端的检测灵敏度。本专利技术所采用的技术方案是，一种空基系统水下对潜通信装置，包括下行链路装置和上行链路装置，下行链路装置包括激光器，激光器连接有分束器，分束器一输出端连接有第一偏振分束器，第一偏振分束器第一输出端连接有调制器，调制器输入端连接有第一编码器，调制器输出端连接有偏振合束器，第一偏振分束器第二输出端与偏振合束器连接；偏振合束器输出端通过光学天线连接有第二偏振分束器，第二偏振分束器第一输出端连接有第一相干接收机，第二偏振分束器第二输出端连接有延时器，延时器与第一相干接收机连接；上行链路装置包括逆向调制器，逆向调制器输入端与第二偏振分束器第二输出端连接，逆向调制器输入端还连接有第二编码器，逆向调制器输出端通过光学天线连接有第二相干接收机，第二相干接收机输入端连接分束器另一输出端。本专利技术的特点还在于：第一相干接收机包括依次连接的相干检测器、解码器及译码器。本专利技术的另一目的是提供一种空基系统水下对潜通信方法，能实现上行链路和下行链路的双向通信。本专利技术所采用的另一种技术方案是，一种空基系统水下对潜通信方法，利用上述空基系统水下对潜通信装置，传输方法包括：步骤1、先对光源进行分束得到第一光源和第二光源，再将第二光源分束为第一水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号；步骤2、对下行链路的信源进行编码；步骤3、将编码后的信源调制到第一水平偏振光信号，得到第二水平偏振光信号；步骤4、将第二水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号进行合束；步骤5、对合束后的光信号进行分离，得到第三水平偏振光信号和第二垂直偏振光信号；步骤6、先对第二垂直偏振光信号进行延时，然后对第三水平偏振光信号和延时后的第二垂直偏振光信号进行相干探测，并对输出的基带信号进行解码和译码，完成下行链路信息的传输；步骤7、对上行链路的信源进行编码；步骤8、利用编码后的信源对第二垂直偏振光信号进行二次调制，得到第三垂直偏振光信号；步骤9、对第三垂直偏振光信号与第一光源进行相干探测、解码和译码，完成上行链路信息的传输。本专利技术的特点还在于，步骤1、首先对光源进行分束得到第一光源和第二光源E，再将第二光源E分束为第一水平偏振光信号Ex和第一垂直偏振光信号Ey；Ex＝Exmcos(ωt-kz+φx)(1)；Ey＝Eymcos(ωt-kz+φy)(2)；其中Exm、Eym为光信号x和y偏振方向的振幅，ω为光波角频率，k为波矢，φx和φy分别为x和y偏振方向的初相位，t和z分别为时间变量和空间变量，合成波光信号电场E＝exEx+eyEy；步骤2、采用Turbo码编码方式对下行链路的信源进行编码，得到基带序列{ck}；步骤3、采用16QAM调制方式对基带序列{ck}进行每4个码字映射后与对应幅值和相位进行调制，得到第二水平偏振光信号光场E16QAM：m＝(ckck+1)2，n＝(ck+2ck+3)2(4)；步骤4、利用偏振合束器将第二水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号进行合束；步骤5、将合束后的光信号进行分离，得到第三水平偏振光信号Es和第二垂直偏振光信号ELo；步骤6、先对第二垂直偏振光信号进行时间T的延时，然后对第三水平偏振光信号和延时后的第二垂直偏振光信号进行自零差相干检测，输出两路基带信号Ii(t)和Iq(t)；采用基带信号处理算法对基带信号Ii(t)和Iq(t)进行解码处理，得到恢复的基带序列{c'k}；对恢复的基带序列{c'k}进行译码，完成下行链路信息的传输；步骤7、对上行链路的信源进行Turbo码编码，得到编码后的序列sk；步骤8、利用逆向调制器的猫眼结构改变第二垂直偏振光信号经过透镜的离焦量，通过序列sk与离焦量的对应关系，改变第二垂直偏振光信号，得到第三垂直偏振光信号；步骤9、采用零差相干检测方式对第三垂直偏振光信号与第一光源进行相干检测，然后对相干检测输出的基带信号进行解码和译码输出，得到第二垂直偏振光信号，完成上行链路信息的传输。步骤6具体包括以下步骤：步骤6.1、先采用延时器先对第二垂直偏振光信号进行时间T的延时，然后对第三水平偏振光信号和延时后的第二垂直偏振光信号进行自零差相干检测，输出两路基带信号Ii(t)和Iq(t)：其中β为平衡探测器光电转化系数，j为虚数量纲；步骤6.2、对基带信号Ii(t)和Iq(t)依次进行滤波处理，从基带信号Ii(t)和Iq(t)中提取位定时脉冲并进行抽样，在规定时刻将滤波处理后的输出波形进行抽样判决，得到恢复的基带序列{c'k}；步骤6.3、利用Turbo码迭代译码器对恢复的基带序列{c'k}进行译码，第一次迭代译码时，将Turbo码迭代译码器中的分量译码器A输入信息符号概率对数似然比值Λ(u；I)初始化为0，译码后的输出信息符号概率对数似然比值Λ(u；O)在交织后作为输入信息符号概率对数似然比值：Turbo码迭代译码器中的分量译码器B译码输出后，第一次迭代译码结束，然后Turbo码迭代译码器中的分量译码器B译码模块生成的信息符号概率对数似然比值经过交织后反馈到分量译码器A译码模块，作为下一轮译码的先验信息：上式中，上标表示对应不同的分量译码模块，下标表示经过交织过程，I-1表示解交织；重复上述过程直到达到一定的迭代次数或满足一定的迭代条件为止；最后根据Turbo码迭代译码器中的分量译码器B的输出信息符号概率对数似然比值Λ(u；O)进行硬判决，得到译码输出，完成下行链路信息的传输。步骤8具体为：第二相干接收机接收到逆向调制器猫眼目标反射回波功率pr为：上式中，pt为激光发射功率，τa为大气透过率，τr为接收光学系统透过率，ρs为反射系数，D为聚焦透镜口径，f为透镜焦距，θ0为光束发散角，d为离焦量，r为逆向调制器与第二相干接收机之间的距离；通过控制猫眼结构离焦量d进行回波功率pr调制，调制后的第二垂直偏振光信号光场E4ASK为：通过(sksk+1)2的排列顺序改变d的值完成光场E4ASK的调制，得到第三垂直偏振光信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术的空基系统水下对潜通信装置，下行链路装置采用自零差相干检测器，上行链路采用零差相干检测器，双工链路接收端均提高了检测灵敏度，使得空基系统中的通信更为可靠；上行链路通信采用逆向调制器，利用逆向调制回光特性，免去捕获跟踪系统和被动端(海水端)的接收光源，实现潜艇和飞机的双向通信。本专利技术的空基系统水下对潜通信方法，对传输的信源进行Turbo编码，能提高信号抗干扰能力；由于上行和下行链路使用同一激光光源，因此信号光和本振光的频率完全相同，使用具有高灵敏度(零差探测相对于直接探测具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空基系统水下对潜通信装置，其特征在于，包括下行链路装置和上行链路装置，所述下行链路装置包括激光器(1)，所述激光器(1)连接有分束器(12)，所述分束器(12)一输出端连接有第一偏振分束器(2)，所述第一偏振分束器(2)第一输出端连接有调制器(3)，所述调制器(3)输入端连接有第一编码器(4)，所述调制器(3)输出端连接有偏振合束器(5)，所述第一偏振分束器(2)第二输出端与偏振合束器(5)连接；所述偏振合束器(5)输出端通过光学天线连接有第二偏振分束器(7)，所述第二偏振分束器(7)第一输出端连接有第一相干接收机(8)，所述第二偏振分束器(7)第二输出端连接有延时器(11)，所述延时器(11)与第一相干接收机(8)连接；所述上行链路装置包括逆向调制器(9)，所述逆向调制器(9)输入端与第二偏振分束器(7)第二输出端连接，所述逆向调制器(9)输入端还连接有第二编码器(10)，所述逆向调制器(9)输出端通过光学天线连接有第二相干接收机(6)，所述第二相干接收机(6)输入端连接分束器(12)另一输出端。

【技术特征摘要】
1.一种空基系统水下对潜通信装置，其特征在于，包括下行链路装置和上行链路装置，所述下行链路装置包括激光器(1)，所述激光器(1)连接有分束器(12)，所述分束器(12)一输出端连接有第一偏振分束器(2)，所述第一偏振分束器(2)第一输出端连接有调制器(3)，所述调制器(3)输入端连接有第一编码器(4)，所述调制器(3)输出端连接有偏振合束器(5)，所述第一偏振分束器(2)第二输出端与偏振合束器(5)连接；所述偏振合束器(5)输出端通过光学天线连接有第二偏振分束器(7)，所述第二偏振分束器(7)第一输出端连接有第一相干接收机(8)，所述第二偏振分束器(7)第二输出端连接有延时器(11)，所述延时器(11)与第一相干接收机(8)连接；所述上行链路装置包括逆向调制器(9)，所述逆向调制器(9)输入端与第二偏振分束器(7)第二输出端连接，所述逆向调制器(9)输入端还连接有第二编码器(10)，所述逆向调制器(9)输出端通过光学天线连接有第二相干接收机(6)，所述第二相干接收机(6)输入端连接分束器(12)另一输出端。2.如权利要求1所述的空基系统水下对潜通信装置，所述第一相干接收机(8)包括依次连接的相干检测器(8-1)、解码器(8-2)及译码器(8-3)。3.一种空基系统水下对潜通信方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的空基系统水下对潜通信装置，所述传输方法包括：步骤1、先对光源进行分束得到第一光源和第二光源，再将所述第二光源分束为第一水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号；步骤2、对下行链路的信源进行编码；步骤3、将编码后的信源调制到第一水平偏振光信号，得到第二水平偏振光信号；步骤4、将所述第二水平偏振光信号和第一垂直偏振光信号进行合束；步骤5、对合束后的光信号进行分离，得到第三水平偏振光信号和第二垂直偏振光信号；步骤6、先对所述第二垂直偏振光信号进行延时，然后对所述第三水平偏振光信号和延时后的第二垂直偏振光信号进行相干探测，并对输出的基带信号进行解码和译码，完成下行链路信息的传输；步骤7、对上行链路的信源进行编码；步骤8、利用编码后的信源对所述第二垂直偏振光信号进行二次调制，得到第三垂直偏振光信号；步骤9、对所述第三垂直偏振光信号与第一光源进行相干探测、解码和译码，完成上行链路信息的传输。4.如权利要求3所述的一种空基系统水下对潜通信方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、首先对光源进行分束得到第一光源和第二光源E，再将所述第二光源E分束为第一水平偏振光信号Ex和第一垂直偏振光信号Ey；Ex＝Exmcos(ωt-kz+φx)(1)；Ey＝Eymcos(ωt-kz+φy)(2)；其中Exm、Eym为光信号x和y偏振方向的振幅，ω为光波角频率，k为波矢，φx和φy分别为x和y偏振方向的初相位，t和z分别为时间变量和空间变量，合成波光信号电场E＝exEx+eyEy；步骤2、采用Turbo码编码方式对下行链路的信源进行编码，得到基带序列{ck}；步骤3、采用16QAM调制方式对所述基带序列{ck}进行每4个码字映射后与对应幅值和相位进行调制，得到第二水平偏振光信号光场E16QAM：m＝(ckck+1)2，n＝(ck+2ck+3)2(4)；步骤4、利用偏振合束器将第...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯熙政，杨尚君，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61