水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法，解决现有水下无线通信存在延时大、通信速率低、载体机动性差、采用半双工通讯方式问题。系统包括相通信的两个通信装置；每个通信装置包括发射机和接收机；发射机包括主控与信息交互单元、调制与驱动单元、光信号发射阵列和匀化镜；主控与信息交互单元对业务数据处理输出方波信号；调制与驱动单元根据方波信号输出N路激发信号；光信号发射阵列包括并联N个激光二极管；接收机包括波长选择单元、偏置电压单元、分集接收和选通单元、可变增益放大器单元和ADC电路单元；其中一个通信装置的发射机输出信号蓝光，同时另一通信装置的发射机输出信号绿光，两个通信装置的接收机接收对方输出的信号。对方输出的信号。对方输出的信号。

【技术实现步骤摘要】
水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法


[0001]本专利技术属于光通信领域，涉及水下无线通信技术，具体涉及一种水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，人类越来越重视对海洋的探索，水下探测装备技术也正在成为海洋科技竞争的焦点。随着海洋装备的迅速发展，一方面大尺度、超分辨率的海量的海洋观测数据需要准实时回传，才能被有效利用；另一方面水下潜器/航行器/着陆器/蛙人间需要相互通信和远距离操控，这些需求对水下通信设备提出了低延时、高速率、全双工、动中通的要求。
[0003]而现有水下无线通信存在以下问题：
[0004](1)延迟大、速率低目前水中无线通信的手段主要是水声通信，但由于声波传播速度慢、频率低、传输过程中存在多路径效应，其速率通常在为几Kbps量级，通信延迟较大，这极大的限制了通信的实时性。
[0005](2)半双工
[0006]水声信道中，复杂的多途效应可引入强烈的码间干扰，而随机起伏的时
‑
空
‑
频变使得水声通信信号的解调变得异常困难。此外，水下严重受限的可用带宽、难以实现的精确时间同步，使得基于频分和时分的全双工通信技术途径很难在水声物理层实现，因此，目前水下无线通信一般为半双工通信方式，该通信方式为分时占用信道，传输数据的实时性不好，当本端设备占用信道时候，对端无法进行通信，无法满足水下机器人作业、远程遥控等需实时控制场景的应用。同时半双工通信方式的信道利用率较全双工方式低，使得通信速率相应降低，这进一步限制了大尺度、超分辨率水下观测数据的高速、实时传输。
[0007](3)静中通
[0008]目前，水下高速无线通信系统多数为静中通系统，载体机动性差,需要载体运动到指定区域，将收发天线对准特定区域才能进行通信，这大大的降低了水下载体的效能。相对而言，动中通则灵活方便的多，它可以在运动中与目标端进行通信。动中通显著的特征是信号动态范围大，这是由链路距离的明显变化引起的号功率的变化大导致的。
[0009]为了提高水下通信系统的机动性，如公开号为CN106452585A，申请号为201610886508.5，专利名称为一种基于蓝绿光源的高速水下通信系统的中国专利，其说明书第[0008]段记载“所述的光电传感器和步进电机组成自动对准系统，用于控制光电探测器正对发射光源，其中，步进电机控制光电探测器在垂直方向上和水平方向上的转动，实现自动对准”，从中看出，该通信系统是通过光电传感器和步进电机组成的自动对准系统(机械跟瞄系统)实现自动对准。但与空间激光通信系统可借助星历表以获知对端位置不同，在广袤的海洋是不具备这样的条件的。加之洋流的扰动、水下强大的水压，均会对机械跟瞄系统的精度、水密封产生严重影响，进而影响通信系统的正常通信。因此，该自动瞄准技术方案的应用受到了很大的限制。

技术实现思路

[0010]为了解决现有水下无线通信存在延时大、通信速率低、载体机动性差，以及采用半双工通讯方式导致大容量数据的高速实时传输难的技术问题，本专利技术提供了一种水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0012]一种水下蓝绿光高速全双工动中通系统，其特殊之处在于：包括相通信的两个通信装置；
[0013]每个通信装置包括发射机和接收机；
[0014]所述发射机包括主控与信息交互单元、调制与驱动单元、光信号发射阵列和匀化镜；
[0015]所述主控与信息交互单元包括信号传输模组、信号处理器、存储器和电源变换模组；
[0016]所述信号传输模组用于接收外部的业务数据并传输给信号处理器；
[0017]所述信号处理器对业务数据在电域内进行组帧、编码和解码，输出2组信号，分别为PWM方波信号和编码数据信号；
[0018]所述存储器用于对信号处理器输出数据的本地保存；
[0019]所述电源变换模组与信号处理器相连，信号处理器用于调节电源变换模组的输出电压；
[0020]所述调制与驱动单元包括功率驱动电路和开关调制电路；
[0021]所述功率驱动电路接收PWM方波信号，并根据该方波信号的占空比，输出不同电流的驱动信号给开关调制电路；
[0022]所述开关调制电路接收编码数据信号，并利用编码数据信号对功率驱动电路输出的驱动信号进行内调制，输出N路激发信号；
[0023]所述光信号发射阵列包括并联的N个激光二极管或N个LED，N为大于等于1的整数；N个激光二极管或N个LED分别根据N路激发信号输出N路信号光；
[0024]所述匀化镜用于对N路信号光的光束进行整形；
[0025]所述接收机包括波长选择单元、偏置电压单元、分集接收和选通单元、可变增益放大器单元和ADC电路单元；
[0026]所述波长选择单元包括拨片电机和滤光片模组，拨片电机用于切换滤光片模组不同类型的滤光片，实现对蓝光或绿光的选择性通过；
[0027]所述分集接收和选通单元用于接收经滤光片模组滤光片滤除后的信号光，并进行光电转换后输出电信号；
[0028]所述可变增益放大单元包括第一可变增益放大器和第二可变增益放大器，第一可变增益放大器用于对分集接收和选通单元输出的电信号初步放大，第二可变增益放大器用于对第一可变增益放大器初步放大后的电信号进行二次放大；
[0029]所述ADC电路单元用于采集第一可变增益放大器和第二可变增益放大器输出的放大电信号，并传输给信号处理器，第二可变增益放大器的动作通过信号处理器控制；
[0030]所述偏置电压单元根据电源变换模组的输出电压，使偏置电压单元输出不同偏置电压，调节分集接收和选通单元中光电探测器的灵敏度；
[0031]定义两个通信装置分别为A通信装置和B通信装置；
[0032]A通信装置的发射机中光信号发射阵列输出信号蓝光，同时B通信装置的发射机中光信号发射阵列输出信号绿光；
[0033]A通信装置的接收机中波长选择单元接收B通信装置输出的信号绿光，同时B通信装置的接收机中波长选择单元接收A通信装置输出信号蓝光。
[0034]进一步地，所述分集接收和选通单元包括M个光电探测器和自动选通电路，所述M个光电探测器用于接收经滤光片模组滤除背景噪声、后向反射光等的信号光，并进行光电转换后的电信号传输给自动选通电路，自动选通电路选择输出一路信号最强的电信号，其中M为大于等于1的整数。
[0035]进一步地，所述M为6，相邻两个光电探测器的光轴夹角为30
°
，6个光电探测器呈半球形布置，在半球空间内形成了120
°
接收视场。
[0036]进一步地，所述调制与驱动单元还包括与开关调制电路相连的RCD关断缓冲电路，用于给开关调制电路输出的每一路激发光信号提供泄放回路。
[0037]进一步地，所述信号传输模组包括数据接口芯片模组和音频编解码芯片模组。
[0038]同时，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下蓝绿光高速全双工动中通系统，其特征在于：包括相通信的两个通信装置(01)；每个通信装置(01)包括发射机和接收机；所述发射机包括主控与信息交互单元(11)、调制与驱动单元(12)、光信号发射阵列(13)和匀化镜(14)；所述主控与信息交互单元(11)包括信号传输模组(110)、信号处理器(113)、存储器(114)和电源变换模组(115)；所述信号传输模组(110)用于接收外部的业务数据并传输给信号处理器(113)；所述信号处理器(113)对业务数据在电域内进行调制、编码和解码，输出2组信号，分别为PWM方波信号和编码数据信号；所述存储器(114)用于对信号处理器(113)输出数据的本地保存；所述电源变换模组(115)与信号处理器(113)相连，信号处理器(113)用于调节电源变换模组(115)的输出电压；所述调制与驱动单元(12)包括功率驱动电路(121)和开关调制电路(122)；所述功率驱动电路(121)接收PWM方波信号，并根据该方波信号的占空比，输出不同电流的驱动信号给开关调制电路(122)；所述开关调制电路(122)接收编码数据信号，并利用编码数据信号对驱动信号进行内调制，输出N路激发信号；所述光信号发射阵列(13)包括并联的N个激光二极管或N个LED，N为大于等于1的整数；N个激光二极管或N个LED分别根据N路激发信号输出N路信号光；所述匀化镜(14)用于对N路信号光的光束进行整形；所述接收机包括波长选择单元(21)、偏置电压单元(22)、分集接收和选通单元(23)、可变增益放大器单元(24)和ADC电路单元(25)；所述波长选择单元(21)包括拨片电机和滤光片模组，拨片电机用于切换滤光片模组不同类型的滤光片，实现对蓝光或绿光的选择性通过；所述分集接收和选通单元(23)用于接收经滤光片模组滤光片滤除后的信号光，并进行光电转换后输出电信号；所述可变增益放大单元包括第一可变增益放大器(241)和第二可变增益放大器(242)，第一可变增益放大器(241)用于对分集接收和选通单元(23)输出的电信号初步放大，第二可变增益放大器(242)用于对第一可变增益放大器(241)初步放大后的电信号进行二次放大；所述ADC电路单元(25)用于采集第一可变增益放大器(241)和第二可变增益放大器(242)输出的放大电信号，并传输给信号处理器(113)，第二可变增益放大器(242)的动作通过信号处理器(113)控制；所述偏置电压单元(22)根据电源变换模组(115)的输出电压，调节分集接收和选通单元(23)的灵敏度；定义两个通信装置(01)分别为A通信装置和B通信装置；A通信装置(01)的发射机中光信号发射阵列(13)输出信号蓝光，同时B通信装置(01)的发射机中光信号发射阵列(13)输出信号绿光；
A通信装置(01)的接收机中波长选择单元(21)接收B通信装置(01)输出的信号绿光，同时B通信装置(01)的接收机中波长选择单元(21)接收A通信装置(01)输出信号蓝光。2.根据权利要求1所述水下蓝绿光高速全双工动中通系统，其特征在于：所述分集接收和选通单元(23)包括自动选通电路(232)和M个光电探测器(231)，所述M个光电探测器(231)用于接收经滤光片模组滤光片滤除后的信号光，并进行光电转换后传输给自动选通电路(232)，自动选通电路(232)选择输出一路...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑运强，汪伟，聂文超，王宇飞，李鹏，常畅，孟佳成，魏森涛，谢小平，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：