一种水下短距离高速无线光信息透明传输装置，包括发射模块和接收模块，所述的发射模块沿待发送电信号方向依次包含LED调制驱动电路、蓝绿混合LED阵列、发射光路、扩束镜和均匀化片，所述的接收模块依次包含大视场接收光路、滤光片、菲涅尔透镜、光电探测器和光电检测调理电路。本发明专利技术可以解决在水下短距离高速信息透明传输的上述难题，满足湖泊、河流和海洋环境应用，尤其大洋深处多传感器互连、水下数据收集、ROV数据交互和水面平台与水下设备间的连续的通信场合，在海洋应用领域具有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
水下短距离高速无线光信息透明传输装置
本专利技术涉及水下无线光信息，特别是一种水下短距离高速无线光信息传输装置。
技术介绍
湖泊、河流和海洋占地球表面积的近70%，随着人类开发与利用水下资源尤其是海洋资源的不断深入，越来越多的水下探测设备、监测平台和传感器投入使用，如何在水下实现数据的有效传输成为一个难题。目前常用的方式包含有线传输和无线传输两种方式，对于有线传输方式，传输信息速率稳定可靠，但需要携带通信缆，存在缠绕、断裂和对接风险，成本高昂，同时带来了操控性和机动性的限制，对于无线通信而言，由于海水的趋肤效应，大海深处难以采用高频无线电通信，而声波在海水中的损耗非常小，因此目前水下无线通信主要采用声通信方式，但是声波传输时的旁瓣较大，方向性不强，虽然通信距离较长但通信速率较低，保密性差，同时由于需要使用换能器，效率较低，功耗较大，成本也不低，难于满足水下应用日渐增加的信息量传输需求。与此同时声通信受水下环境影响严重，背景噪声较大，迫切需要一种新的短距离的高速无线信息传输手段。蓝绿波段光信号由于处于海水的低损耗窗口波长，适合用于水下无线光信息传输；由于传输距离短，可以直接对光源驱动电路采用内调制方式，既可以利用模拟调制又可以通过数字调制改变出光强度、相位、频率和时间特性，实现信息的透明传输，因此蓝绿光信号特别适合作为载体用于水下短距离高速信息传输；此外随着LED技术的不断发展，高效的蓝光LED和绿光LED成本越来越低，效率越来越高，发射端采用LED进行信息传输可以获得大的发散角，接收端进一步采取大接收视场接收设计，大幅减低了收发互相对准的难度和要求，克服了普通光通信对准要求高的难题。结合低成本蓝光和绿光LED技术、成熟的高速内调制技术和大视场接收技术，本专利技术可以实现米级的水下传输距离，Mbps量级的传输速率，可以作为目前水下通信的一种有益补充和短距离无线应用的主要手段，与目前使用的各种通信方法对接容易，并且具有成本低廉、水下环境适应性好、扩展升级方便、保密性强，通信速率高的特点，特别适合于大洋深处多传感器互联、ROV传感器的数据收集和水面平台与水下设备间的连续，具有重要和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于克服在湖泊、河流和海洋环境应用时克服上述现有有缆通信手段用于水下机动通信时，成本高昂，存在缠绕、断裂和对接风险，同时还有操控的局限性，以及无线声通信保密性差、功耗大和成本高的问题；满足目前日益增长的水下机动性高、短距离、高速率、隐蔽通信的要求，提供一种水下短距离高速无线光信息透明传输装置与方法。该装置可以解决在水下短距离高速信息透明传输的上述难题，满足湖泊、河流和海洋环境应用，尤其大洋深处多传感器互连、水下数据收集、ROV数据交互和水面平台与水下设备间的连续的通信场合，在海洋应用领域具有重要的意义。本专利技术的技术解决方案如下:一种水下短距离高速无线光信息透明传输装置，其特点是包括发射模块和接收模块，所述的发射模块沿待发送电信号方向依次包含LED调制驱动电路、蓝绿混合LED阵列、发射光路、扩束镜和均匀化片，所述的接收模块依次包含大视场接收光路、滤光片、菲涅尔透镜、光电探测器和光电检测调理电路；LED调制驱动电路输入端接待发送电信号，受LED调制驱动电路11的控制，所述的蓝绿混合LED阵列发射出携带有信息的蓝绿光信号，经扩束镜形成所需的发散角，均匀化片光斑均匀化，发射出均匀化的蓝绿光信号；所述的接收模块的接收光路接收光信号，经滤光片滤除杂光，经菲涅尔透镜将所述的光信号汇聚，被处于焦平面的光电探测器探测，将光信号转换为电信号，送光电检测调理电路进行放大、滤波和整形，还原出发送的电信号，实现信息的透明传输。所述的蓝绿混合LED阵列是由蓝光LED和绿光LED间隔均匀交叉分布构成的。同时发射蓝光和绿光，并起到互相备份的功能，单个LED失效对总发光功率影响小并不影响其他部件正常工作，确保发光功能正常，适合不同水质的应用场合，可用性强，可靠性高，克服了单一光源应用场合受限的缺点；所述的LED调制驱动电路，采用成熟的内调制电流驱动方式，可以通过模拟调制和数字调制实现LED发光信号强度、相位、频率和时间间隔的变化，将待发送信息高速调制到光信号上，实现信息的透明传输；所述的发射光路采用扩束镜，可以将蓝绿混合LED阵列发出的蓝绿光信号扩束整形成所需要的发散角，配以均匀化衍射片，实现光信号的均匀发射；所述的大视场接收光路，包含滤光片和菲涅尔透镜，可以有效滤除蓝绿波段以外的光信号和大幅降低背景噪声影响并实现大的接收视场，从而减小了对准要求，克服了光通信所要求的高对准度；所述的光电探测器可以对光信号进行检测，将携带有发送信息的光信号转化为电信号，并进一步通过光电检测调理电路将电信号进行放大和解调，实现发送信息的还原；本专利技术综合利用了 LED成本低廉、蓝绿光信号在水下传输衰减小、光信道带宽大和传输速率高特性，发射端将信息通过内调制方式直接驱动蓝绿混合LED阵列，加载到蓝绿光信号上并以大发散角均匀发射出去，接收端通过大视场接收光路进行滤波接收、光电探测器进行光电转换和信号调理电路还原信息，实现了水下短距离的高速信息无线透明传输，具有非接触式、对准度要求低、体积小，重量轻，可靠性好，成本低、性价比高的特点。应用上述水下短距离高速无线光信息透明传输装置进行高速无线光信息透明传输的方法，包括下列步骤:①发射模块将待发送电信号直接加载在LED调制驱动电路上，LED调制驱动电路将待发送电信号内调制蓝绿混合LED阵列，驱动蓝绿混合LED阵列发射出携带有待发送电信号特性的蓝绿光信号，使得发出的蓝绿光信号参数按照电信号的规律变化，蓝绿混合LED阵列发出的携带有待发送信息的蓝绿光信号再经过发射光路内部的扩束镜获得所需的发散角，并经过均匀化片形成均匀的光场发射出去；②接收模块将接收光路上接收到的光信号经过滤光片滤除背景光场后，由菲涅尔透镜汇聚到光电探测器上进行接收，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并送光电检测调理电路进行放大、滤波和整形，还原出发送的电信号，实现信息的透明传输。本专利技术水下短距离高速无线光信息透明传输装置的优点在于:①本专利技术采用价格低廉、技术成熟、高效发光的LED作为光源，低价的菲涅尔透镜作为汇聚光路，具有成本低、功耗低、重量轻和体积小的特点；②本专利技术采用蓝光和绿光混合LED阵列进行信息传输，由于蓝绿激光处于海水低损耗窗口，因此传输损耗低，传输距离比其他波段光信号和无线信号更长，并且水下环境适应性好，可以适用于各种水质，同时由于采用阵列交叉结构，包含串联和并联，单颗LED失效对整体性能影响小，具有高可靠、多冗余备份的特点；③本专利技术采用了大发散角均匀化光场和宽视场接收光路与光学滤波器，具有对准度要求不高、外界干扰影响小的特点；④本专利技术采用蓝绿光信号进行水下无线信息透明传输，避免了有线通信方式存在的缠绕、切断和对接等问题，与目前使用的各种通信方法对接容易，扩展升级方便，保密性强，通信速率高的特点，特别适合于大洋深处多传感器互联、ROV传感器的数据收集和水面平台与水下设备间的连续，以及抛弃式场合应用。【附图说明】图1为本专利技术水下短距离高速无线光信息透明传输装置整体构成示意图；图2为本专利技术水下短距离高速无本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水下短距离高速无线光信息透明传输装置，其特征是包括发射模块和接收模块，所述的发射模块沿待发送电信号方向依次包含LED调制驱动电路、蓝绿混合LED阵列、发射光路、扩束镜和均匀化片，所述的接收模块依次包含大视场接收光路、滤光片、菲涅尔透镜、光电探测器和光电检测调理电路；LED调制驱动电路输入端接待发送电信号，受LED调制驱动电路11的控制，所述的蓝绿混合LED阵列发射出携带有信息的蓝绿光信号，经扩束镜形成所需的发散角，均匀化片光斑均匀化，发射出均匀化的蓝绿光信号；所述的接收模块的接收光路接收光信号，经滤光片滤除杂光，经菲涅尔透镜将所述的光信号汇聚，被处于焦平面的光电探测器探测，将光信号转换为电信号，送光电检测调理电路进行放大、滤波和整形，还原出发送的电信号，实现信息的透明传输。
【技术特征摘要】
1.一种水下短距离高速无线光信息透明传输装置，其特征是包括发射模块和接收模块，所述的发射模块沿待发送电信号方向依次包含LED调制驱动电路、蓝绿混合LED阵列、发射光路、扩束镜和均匀化片，所述的接收模块依次包含大视场接收光路、滤光片、菲涅尔透镜、光电探测器和光电检测调理电路； LED调制驱动电路输入端接待发送电信号，受LED调制驱动电路11的控制，所述的蓝绿混合LED阵列发射出携带有信息的蓝绿光信号，经扩束镜形成所...
【专利技术属性】
技术研发人员：周田华，朱小磊，陈卫标，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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