一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置及方法，该装置发送端聚焦透镜、压电陶瓷、驱动器，接收端包括激光器、光学准直天线、半反半透镜、光学长焦镜头、高速相机、视频信号采集卡、图像信号处理模块。激光器发出激光光束，经过光学准直天线准直后穿过半反半透镜，被聚焦透镜汇聚后入射至压电陶瓷形成激光散斑图案；驱动器根据输入信号调制压电陶瓷产生振动，使激光散斑图案发生相应变化；压电陶瓷反射的光束沿原路回射至接收端，被半反半透镜反射至光学长焦镜头，通过改变焦距使激光散斑图案散焦虚化，并由高速相机采集得到激光散斑图像输出至图像信号处理模块，根据灰度值的大小还原信号。本发明专利技术能够对弱光信号进行检测，结构简单、操作简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线光通信
，特别是一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置及方法。
技术介绍
近些年发展起来的逆向调制无线光通信，利用“猫眼”效应可以减去传统无线光通信系统一个终端的发射机和跟瞄系统，在一定程度上降低了无线光通信系统的技术复杂度，引起了研究人员的广泛关注。逆向调制自由空间光通信系统的发送端配置一个带“猫眼”光学系统的逆向调制器(Modulating Retro-Reflector，MRR)。在这个系统中，接收端首先发出经过准直的激光光束给发送端，聚焦透镜和压电陶瓷构成“猫眼”光学逆向调制器，驱动器调制压电陶瓷，使得入射的光束被调制后沿着原方向返回。应用光学逆向调制技术的光通信系统采用逆向调制信号进行通信，免去其中一个终端的跟瞄系统，减轻了其中一个终端的体积和重量，增加了通信系统应用的灵活性。逆向调制无线光通信系统从一定程度上解决了传统无线光通信系统存在的需要自动跟瞄等问题，因此各国对这一技术相当重视并进行了大量的研究。国外对逆向调制技术的研究相比于国内起步较早。美国海军实验室(NRL)从1998年开始就对其战术应用进行了研究，并且应用于爆炸性军械处理(EOD)、无人机(UAVs)和无人战车(UGVs)三个领域。此外，英国、瑞典等国家也都开展有相关研究。但是目前逆向调制无线光通信中普遍存在接收光信号弱难以检测的问题。为此，在接收时需要设计较大口径的光学天线，并采用高灵敏度的光检测器(如AMD雪崩倍增光电二极管和PMT光电倍增管)，这样又使得系统变得更复杂，体积和重量更大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现弱光信号检测的基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，包括发送端和接收端，其中发送端包括聚焦透镜、压电陶瓷、驱动器，接收端包括激光器、光学准直天线、半反半透镜、光学长焦镜头、高速相机、视频信号采集卡、图像信号处理模块；所述激光器、光学准直天线、半反半透镜、聚焦透镜、压电陶瓷依次共光轴设置，驱动器的输出端接入压电陶瓷；光学长焦镜头与高速相机配套设置，且高速相机的输出端通过视频信号采集卡接入图像信号处理模块；接收端的激光器发出激光光束，经过光学准直天线准直，准直后的光束穿过半反半透镜后在大气信道中传输，经过大气信道传输到达发送端的光束被聚焦透镜汇聚后入射至压电陶瓷，光束在压电陶瓷的表面形成激光散斑图案；驱动器根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷产生振动，使压电陶瓷表面形成的激光散斑图案发生相应变化；压电陶瓷反射的光束通过聚焦透镜后沿原路回射至接收端，激光散斑图案携带的信息也被传回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透镜反射至光学长焦镜头，光学长焦镜头通过改变焦距使回射的激光散斑图案散焦虚化，散焦虚化后的激光散斑图案由高速相机采集得到激光散斑图像，该激光散斑图像通过视频信号采集卡输出至图像信号处理模块，图像信号处理模块检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原发送端的语音或数据信号。优选地，所述压电陶瓷不位于聚焦透镜的焦点位置。优选地，所述高速相机的帧频为所传输语音或数据信号带宽的两倍以上。一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信方法，步骤如下：步骤1，接收端的激光器发出激光光束，经过光学准直天线准直，准直后的光束穿过半反半透镜后在大气信道中传输；步骤2，经过大气信道传输到达发送端的光束被聚焦透镜汇聚后入射至压电陶瓷，光束在压电陶瓷的表面形成激光散斑图案；驱动器根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷产生振动，使压电陶瓷表面形成的激光散斑图案发生相应变化；步骤3，压电陶瓷反射的光束通过聚焦透镜后沿原路回射至接收端，激光散斑图案携带了待发送信号的信息也被传回到接收端；步骤4，回射至接收端的光束被半反半透镜反射至光学长焦镜头，光学长焦镜头通过改变焦距使回射的激光散斑图案散焦虚化，散焦虚化后的激光散斑图案由高速相机采集得到激光散斑图像；步骤5，高速相机采集的激光散斑图像通过视频信号采集卡输出至图像信号处理模块，图像信号处理模块检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原输出语音或数据信号。进一步地，步骤2所述驱动器根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷产生振动，具体为：采用强度调制的方法，根据输入信号的大小改变压电陶瓷振动的幅度，从而实现信号的调制。进一步地，步骤5所述图像信号处理模块检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原输出语音或数据信号，具体为：在接收端，选择激光散斑图像的部分区域或者全部区域，将所选区域内每一个像素的灰度值迭加，迭加后所得总的灰度值随着发送端压电陶瓷的振动而改变，根据灰度值的大小还原语音或数据信号，完成解调实现通信。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)以检测激光散斑图案的灰度值来恢复原始信号，它能感知微弱的光信号变化，实现弱光信号检测；(2)降低了系统的复杂度，减小了通信设备的体积和重量。附图说明图1是本专利技术基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置的结构示意图。图2是压电陶瓷振动前后的散斑图，其中(a)是压电陶瓷振动前的散斑图，(b)是压电陶瓷振动后的散斑图。图3是激光散斑图的局部放大图。图4是图像信号处理模块根据激光散斑图像灰度值所还原的原始信号图。具体实施方式本专利技术公开的基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信方法将激光散斑测量技术应用于逆向调制无线光通信系统，可利用检测激光散斑的方法实现弱光信号检测，从而实现逆向调制无线光通信。结合图1，本专利技术基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，包括发送端和接收端，其中发送端包括聚焦透镜1、压电陶瓷2、驱动器3，接收端包括激光器4、光学准直天线5、半反半透镜6、光学长焦镜头7、高速相机8、视频信号采集卡9、图像信号处理模块10；所述激光器4、光学准直天线5、半反半透镜6、聚焦透镜1、压电陶瓷2依次共光轴设置，驱动器3的输出端接入压电陶瓷2；光学长焦镜头7与高速相机8配套设置，且高速相机8的输出端通过视频信号采集卡9接入图像信号处理模块10；工作过程为：接收端的激光器4发出激光光束，经过光学准直天线5准直，准直后的光束穿过半反半透镜6后在大气信道中传输，经过大气信道传输到达发送端的光束被聚焦透镜1汇聚后入射至压电陶瓷2，光束在压电陶瓷2的表面形成激光散斑图案；驱动器3根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷2产生振动，使压电陶瓷2表面形成的激光散斑图案发生相应变化；压电陶瓷2反射的光束通过聚焦透镜1后沿原路回射至接收端，激光散斑图案携带的信息也被传回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透镜6反射至光学长焦镜头7，光学长焦镜头7通过改变焦距使回射的激光散斑图案散焦虚化，散焦虚化后的激光散斑图案由高速相机8采集得到激光散斑图像，该激光散斑图像通过视频信号采集卡9输出至图像信号处理模块10，图像信号处理模块10检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原发送端的语音或数据信号。优选地，所述压电陶瓷2不位于聚焦透镜1的焦点位置。优选地，所述高速相机8的帧频为所传输语音或数据信号带宽的两倍以上。本专利技术基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信方法，步骤如下：步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，其特征在于，包括发送端和接收端，其中发送端包括聚焦透镜(1)、压电陶瓷(2)、驱动器(3)，接收端包括激光器(4)、光学准直天线(5)、半反半透镜(6)、光学长焦镜头(7)、高速相机(8)、视频信号采集卡(9)、图像信号处理模块(10)；所述激光器(4)、光学准直天线(5)、半反半透镜(6)、聚焦透镜(1)、压电陶瓷(2)依次共光轴设置，驱动器(3)的输出端接入压电陶瓷(2)；光学长焦镜头(7)与高速相机(8)配套设置，且高速相机(8)的输出端通过视频信号采集卡(9)接入图像信号处理模块(10)；接收端的激光器(4)发出激光光束，经过光学准直天线(5)准直，准直后的光束穿过半反半透镜(6)后在大气信道中传输，经过大气信道传输到达发送端的光束被聚焦透镜(1)汇聚后入射至压电陶瓷(2)，光束在压电陶瓷(2)的表面形成激光散斑图案；驱动器(3)根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷(2)产生振动，使压电陶瓷(2)表面形成的激光散斑图案发生相应变化；压电陶瓷(2)反射的光束通过聚焦透镜(1)后沿原路回射至接收端，激光散斑图案携带的信息也被传回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透镜(6)反射至光学长焦镜头(7)，光学长焦镜头(7)通过改变焦距使回射的激光散斑图案散焦虚化，散焦虚化后的激光散斑图案由高速相机(8)采集得到激光散斑图像，该激光散斑图像通过视频信号采集卡(9)输出至图像信号处理模块(10)，图像信号处理模块(10)检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原发送端的语音或数据信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，其特征在于，包括发送端和接收端，其中发送端包括聚焦透镜(1)、压电陶瓷(2)、驱动器(3)，接收端包括激光器(4)、光学准直天线(5)、半反半透镜(6)、光学长焦镜头(7)、高速相机(8)、视频信号采集卡(9)、图像信号处理模块(10)；所述激光器(4)、光学准直天线(5)、半反半透镜(6)、聚焦透镜(1)、压电陶瓷(2)依次共光轴设置，驱动器(3)的输出端接入压电陶瓷(2)；光学长焦镜头(7)与高速相机(8)配套设置，且高速相机(8)的输出端通过视频信号采集卡(9)接入图像信号处理模块(10)；接收端的激光器(4)发出激光光束，经过光学准直天线(5)准直，准直后的光束穿过半反半透镜(6)后在大气信道中传输，经过大气信道传输到达发送端的光束被聚焦透镜(1)汇聚后入射至压电陶瓷(2)，光束在压电陶瓷(2)的表面形成激光散斑图案；驱动器(3)根据输入的语音或数据信号调制压电陶瓷(2)产生振动，使压电陶瓷(2)表面形成的激光散斑图案发生相应变化；压电陶瓷(2)反射的光束通过聚焦透镜(1)后沿原路回射至接收端，激光散斑图案携带的信息也被传回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透镜(6)反射至光学长焦镜头(7)，光学长焦镜头(7)通过改变焦距使回射的激光散斑图案散焦虚化，散焦虚化后的激光散斑图案由高速相机(8)采集得到激光散斑图像，该激光散斑图像通过视频信号采集卡(9)输出至图像信号处理模块(10)，图像信号处理模块(10)检测每一帧激光散斑图像的部分或整体灰度值，根据灰度值的大小还原发送端的语音或数据信号。2.根据权利要求1所述的基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，其特征在于，所述压电陶瓷(2)不位于聚焦透镜(1)的焦点位置。3.根据权利要求1所述的基于激光散斑检测的逆向调制无线光通信装置，其特征在于，所述高速相机(8)的帧频为所传输语音或数据信...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪井源，朱勇，陈亦望，徐智勇，王荣，赵继勇，汪琛，张忠玉，周耀，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32