水下全向LD绿激光双工通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水下全向LD绿激光双工通信系统。它是一种可用于水下机动/固定平台之实现互联互通的激光通信手段。该系统包括安装在水下有人/无人航行器上的激光通信主站A和加装在水下固定/投放传感器上的激光通信子站B(可多个)，A、B站均采用同样的激光通信发射与接收设备。本发明专利技术以LD绿激光作水下激光通信光源，以半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤实现对激光通信发射方向的选择，并可借助CCD水下摄像机实现对激光通信光束方向的选择，为构建一种水下高速、大容量、无缆型激光通信链路提供技术支持，具有重要的军民两用前景。

【技术实现步骤摘要】
水下全向LD绿激光双工通信系统
本专利技术属于水下激光通信
水下全向LD绿激光双工通信系统为水下有人/无人航行器与水下投放/固定传感器之间实现互通互联，提供一种水下高速、大容量、非接触式的全向激光通信方式，并兼有大视场水下激光照明能力。
技术介绍
水下通信是实现水下平台之间信息交互的重要手段，目前多采用声波通信技术，其优点是距离远、技术成熟，缺点是传输速率低(10kbps左右)、容易暴露。而近年来正在起步发展的水下激光通信技术，则可作为水下声波通信的一种重要的短距通信补充手段，它的最大特点是传输速率高(可达Mbps)，适合传输图像信息；隐蔽性好，不易被发现；体积小、成本低，适合小型水下无人平台承载。本专利技术采用水下透射系数最高的480-532nm的蓝绿半导体激光作为通信光源，该波段激光的水下穿透能力强，作用距离远；利用对LD(半导体激光器)激光电源的直接调制，可方便加载通信调制信号，很容易实现激光通信功能；充分发挥半导体激光器独有的电光转换效率高、体积小、重量轻和可靠性好的特点，有效降低在水下航行器或水下传感器等小型平台上使用的压力。据此，本专利技术提出一种能够实现全向发射、全向接收和双工激光通信的新技术，克服水下运动平台之间进行激光通信时的相互对准难题，并实现对水下传感器采集数据的快速传递。本专利技术是一种具有广阔应用前景的军民两用技术。例如，民用方面：可用于水下深潜器与携带或摆放在水中传感器之间的工作状态控制，特别是大容量图像传感器获取信息的动态实时采集；可用于水下无人航行器之间的信息传递、协同引导和组网工作；可用于水下机器人与水面操控母船之间的信息传递，借助无缆通信方式，使得水下机器人的活动更为灵活、机动范围更大；可用于水下沉船打捞或小空间范围水下作业，利用激光通信方式将前出设备(或机械手)获取的图像信息实时传递出去，大大提高水下作业平台的观察范围与自身安全性。军用方面：最适合用于水下声静默环境下，可为处于隐蔽集结状态下的多航行器提供一种相互之间的短程激光通信手段，便于扩展水下监测或警戒范围；可用于水下无人航行器编队或蛙人编组之间的信息沟通或指令传递，提高整个编队的行动能力。基于LD绿激光构建的水下全向双工激光通信系统，国内为首次，国外至今未见报道。
技术实现思路
本专利技术是为实现在水下有人航行器和无人航行器之间或水下临时投放和固定放置传感器之间，能够进行指令/数据/图像的互联互通，及对水下传感器采集数据的快速传递，而提出的一种高速、大容量、无缆型水下全向激光双工通信的系统技术。本专利技术水下全向LD绿激光双工通信系统是按下述方案实现的。它以LD绿激光作为水下激光通信光源；利用半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，实现对激光通信发射方向的大范围选择与小角度发射；在多路分布式高速激光探测器接收激光通信信号的同时，借助水下平台普遍采用的大视场CCD摄像机对激光通信光束实施空间定向，上述措施的综合运用，可为缓解水下运动/固定平台之间激光双工通信的对准难题提供一条新的技术途径，构成一套适用于水下不同类型平台之间进行高速、大容量、无缆型水下激光通信的局域网。水下全向LD绿激光双工通信系统由安装在水下有人/无人航行器上的激光通信主站A和加装在水下固定/投放传感器上的激光通信子站B(可多个)组成，A、B站采用同样的激光通信发射设备与激光通信接收设备，按标准化模块设计，可实现不同平台之间的互换。其中，激光通信发射设备包括激光通信光源、通信调制电源、发射光学系统和信息采集输入/输出接口；激光通信接收设备包括激光探测接收器、通信信号解调电路、接收光学系统和信息存储处理器；此外，还有用于对激光通信发射设备与激光通信接收设备实施综合控制的双工激光通信控制器，以及可配装的CCD水下摄像机。激光通信发射设备中的激光通信光源为一蓝绿波段的LD激光器；通信调制电源为激光提供工作电源和通信码型的调制；发射光学系统包括半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，可将激光通信光束在半球空域范围内某些方向上发射出去；信息采集输入/输出接口用于连接激光通信发射设备与水下投放/固定传感器，将传感器获得的信息转换为激光通信信号发射出去。激光通信接收设备中的激光通信接收器为一可接收激光通信信号的高速光电探测器；接收光学系统为一与发射共用的半球型激光发射/接收光学窗口；通信信号解调电路为一激光通信信号的解码装置；信息存储处理器将所接收到的激光通信信号存储下来。双工激光通信控制器用于控制激光通信发射设备与激光通信接收设备的工作过程、激光通信发射方向的选择，及对所在传感器平台信息采集/发射的时机。本专利技术水下全向LD绿激光双工通信系统的优点如下：1、本专利技术采用520nm的半导体激光器作为水下激光通信光源，较国内外现有的532nm固体脉冲倍频激光器的结构更加简单紧凑、电光转换效率更高，且可靠性好、耗电省、成本低，特别适合水下小型平台或水下传感器等长期工作的设备采用。2、采取全向发射/接收光学系统，有助于解决水下航行器之间进行激光通信时所要求的相互对准难题；此外，利用光纤微型开关组技术可使1个激光发射器分别对应多路激光发射方向，可大幅降低整个系统的体积、重量、功耗与成本，并具有很强的可扩展性。3、采取模块化、组件化结构设计，便于不同类型的水下平台或水下传感器加装。附图说明图1水下全向LD绿激光双工通信系统总体框图图2光纤微型开关组示意图具体实施方案本专利技术水下全向激光双工通信系统的具体实施方案如下。水下全向LD绿激光双工通信系统由激光通信发射设备1和激光通信接收设备2组成。激光通信发射设备1中包括激光通信光源3、通信调制电源4、发射光学系统5和信息采集输入/输出接口6；激光通信接收设备2中包括激光通信接收器7、通信信号解调电路8、接收光学系统9和信息存储处理器10。此外，还有用于对激光通信发射设备与激光通信接收设备实施综合控制的双工激光通信控制器11，及可配装的CCD水下摄像机12。其中，激光通信发射设备1中的激光通信光源3为一蓝绿波段LD激光发射器；通信调制电源4为激光通信光源3提供工作电压和对激光通信码型的调制；发射光学系统5包括半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤两部分，所有设备都被密封在半球型光学球型罩内，多路开关型组束光纤则由1分16(或以上路数)分束器和光纤微型开关组构成，光纤微型开关组中的每个开关分别串接在1分16分束器中的每个通道里，其中的开关材料为一小段电控变色光纤材料，当对其施加电压时，的光纤材料变得对蓝绿光透明，即激光信号通过；当撤掉电压时，光纤材料变得对蓝绿光“全黑”，则激光信号被阻，以此控制该路激光传输通道的通或断。光纤微型开关组中的所有光纤输出端头被安置在半球型激光发射/接收光学窗口的内侧，靠近窗口的位置处；而其中哪一路光纤通道开通，则要受双工激光通信控制器11的控制，目的是使激光通信信号按照需要从半球空域范围内的某一方向上发射出去，确保A站的激光通信信号射向B站的激光通信接收方向，或将B站的激光通信信号射向A站激光通信的接收方向。信息采集输入/输出接口6的输入端与水下投放/固定传感器的输出端相连，以此将水下传感器采集到的信息转换成为激光通信信号，再通过激光通信发射系统将其发射出去。激光通信接收设备2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术涉及一种水下全向LD绿激光双工通信系统。它以LD绿激光作为水下激光通信光源；利用半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，实现对激光通信发射方向的大范围选择与小角度发射；在多路分布式高速激光探测器接收激光通信信号的同时，借助水下平台普遍采用的大视场CCD摄像机对激光通信光束实施空间定向，上述措施的综合运用，可解决水下运动/固定平台之间进行激光通信时的对准难题，同时还具有水下激光照明能力。

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种水下全向LD绿激光双工通信系统。它以LD绿激光作为水下激光通信光源；利用半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，实现对激光通信发射方向的大范围选择与小角度发射；在多路分布式高速激光探测器接收激光通信信号的同时，借助水下平台普遍采用的大视场CCD摄像机对激光通信光束实施空间定向，上述措施的综合运用，可解决水下运动/固定平台之间进行激光通信时的对准难题，同时还具有水下激光照明能力。2.权利要求1中的水下全向LD绿激光双工通信系统，由安装在水下有人/无人航行器上的激光通信主站A和加装在水下固定/投放传感器上的激光通信子站B(可多个)组成，A、B站采用同样的激光通信发射设备与激光通信接收设备，按标准化模块设计，便于不同平台加装或互换。其中，激光通信发射设备包括激光通信光源、通信调制电源、发射光学系统和信息采集输入/输出接口；激光通信接收设备包括激光通信接收器、通信信号解调电路、接收光学系统和信息存储处理器；此外，还有用于对激光通信发射设备与激光通信接收设备实施综合控制的双工激光通信控制器，以及可配装的CCD水下摄像机。3.权利要求2中激光通信发射设备的组成单元与功能如下：激光通信光源为一蓝绿波段的LD激光器；通信调制电源为激光提供工作电源和对通信码型的调制；发射光学系统包括半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，前者为一防水密闭全向窗口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京郊，孙建锋，肖林，韩龙，侯晓帆，
申请(专利权)人：北京华夏光谷光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11