一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统及方法技术方案

本公开关于一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统和方法，该系统包括第一通信端和第二通信端，第一通信端和第二通信端均设置有捕获跟踪瞄准装置；捕获跟踪瞄准装置包括控制芯片、发射模块和接收模块，控制芯片分别与发射模块和接收模块连接；发射模块包括激光器和压电陶瓷偏摆镜，激光器和压电陶瓷偏摆镜均与控制芯片连接，其中，压电陶瓷偏摆镜用于调节由激光器发出的激光光束的指向；接收模块包括单光子探测器和缩束镜，单光子探测器和缩束镜之间设置有滤光片，单光子探测器与控制芯片连接。能够实现基于光子计数的水下无线光通信系统两端快速自动对准，进而实现水下设备之间的自动光束对准，进行双向高速单光子量级光通信。信。信。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统及方法


[0001]本公开涉及激光通信
，尤其涉及一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统及方法。

技术介绍

[0002]目前针对激光通信的捕获跟踪瞄准系统主要应用在大气通信、卫星空间通信和星地通信系统中。现有的无线通信方式主要有声通信、电磁波通信和光通信三种方式，目前水信道中主要采用声通信，而光通信因其具备传输速率高、可抗电磁干扰、设备体积小、能耗低等优点，可高速传递大量数据，在海洋探测、水下潜航器通信等方面有广阔的应用前景。单光子探测技术是从量子信息中发展起来，因其探测灵敏度能够达到单个光子的级别，可在保持光源功率不变的情况下，进一步的提升光通信距离，对于水下光通信的发展具有重要推动作用。与其他通信方式不同，基于光子计数的无线光通信所接收到的是离散的单光子脉冲信号。
[0003]现有技术存在的问题及缺陷为：现有的基于光子计数的水下无线光通信技术中，存在通信两端对准困难的问题，如何根据基于光子计数的无线光通信的信号特点，设计相应的激光扫描捕获瞄准方案，实现通信双方自动对准，是实现该技术实用化的关键问题。

技术实现思路

[0004]本公开提供一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统及方法，以实现基于光子计数的水下无线光通信系统两端快速自动对准，推进该技术实用化，进而实现水下潜器、海底探测器、大气中飞行器等之间的自动光束对准，进而进行双向高速单光子量级光通信。
[0005]根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统，包括第一通信端和第二通信端，所述第一通信端和所述第二通信端均设置有捕获跟踪瞄准装置；
[0006]所述捕获跟踪瞄准装置包括控制芯片、发射模块和接收模块，所述控制芯片分别与所述发射模块和所述接收模块连接；
[0007]所述发射模块包括激光器和压电陶瓷偏摆镜，所述激光器和所述压电陶瓷偏摆镜均与所述控制芯片连接，其中，所述压电陶瓷偏摆镜用于调节由所述激光器发出的激光光束的指向；
[0008]所述接收模块包括单光子探测器和缩束镜，所述单光子探测器和所述缩束镜之间设置有滤光片，所述单光子探测器与所述控制芯片连接。
[0009]优选地，所述激光器的波长为450nm至550nm。
[0010]优选地，所述控制芯片包括FPGA芯片。
[0011]根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准方法，应用于第一通信端的捕获跟踪瞄准装置，包括：
[0012]通过发射模块向第二通信端的捕获跟踪瞄准装置发送第一激光信号，所述第一激
光信号包括所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置的第一指向信息；
[0013]通过接收模块获取所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置基于所述第一指向信息生成的第二激光信号，所述第二激光信号包括所述第一指向信息和所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置的第二指向信息；
[0014]基于所述第一指向信息，调整发射模块的发射角度，并将所述第一指向信息和所述第二指向信息发送至所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置，以便所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置基于所述第二指向信息调整激光信号的发射角度，建立所述第一通信端与所述第二通信端之间的光通信链路。
[0015]优选地，所述基于所述第一指向信息，调整发射模块的发射角度，包括：
[0016]基于所述第一指向信息，调整压电陶瓷偏摆镜的反射角度，以使所述激光器基于所述第一指向信息发送激光信号。
[0017]优选地，所述第一激光信号和所述第二激光信号还包括帧头信息和对准阶段信息。
[0018]根据本公开实施例的第三方面，提供一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准方法，应用于第二通信端的捕获跟踪瞄准装置，包括：
[0019]通过接收模块获取由第一通信端的捕获跟踪瞄准装置发送的第一激光信号，所述第一激光信号包括所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置的第一指向信息；
[0020]通过发射模块向所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置发送第二激光信号，以使所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置基于所述第二激光信号调整激光信号的发射角度，所述第二激光信号包括所述第一指向信息和所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置的第二指向信息；
[0021]通过接收模块获取由所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置发送的所述第一指向信息和所述第二指向信息，基于所述第二指向信息调整发射模块的发射角度，建立所述第一通信端与所述第二通信端之间的光通信链路。
[0022]优选地，所述通过接收模块获取由所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置发送的所述第一指向信息和所述第二指向信息，基于所述第二指向信息调整发射模块的发射角度，包括：
[0023]基于所述第二指向信息，调整压电陶瓷偏摆镜的反射角度，以使所述激光器基于所述第二指向信息发送激光信号。
[0024]优选地，所述第一激光信号和所述第二激光信号还包括帧头信息和对准阶段信息。
[0025]本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
[0026]本公开实施例提供的用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统通过设置包括激光器和压电陶瓷偏摆镜的发射模块以及包括单光子探测器和缩束镜的接收模块，能够实现第一通信端和第二通信端之间光束的自动对准，从而进行第一通信端和第二通信端之间的双向无线光通信；同时，将光子计数光通信系统集成于捕获跟踪瞄准装置，即捕获跟踪瞄准装置与光子计数光通信系统共同使用发射模块和接收模块，使得系统结构更加简单，可有效减小水下通信装置的重量和成本。
[0027]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不
能限制本公开。
附图说明
[0028]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
[0029]图1是根据一示例性实施例示出的一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统的结构示意图；
[0030]图2是根据一示例性实施例示出的一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准方法的流程示意图；
[0031]图3是根据一示例性实施例示出的一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准方法的流程示意图；
[0032]图4是根据一示例性实施例示出的一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统的应用示意图；
[0033]图5是根据一示例性实施例示出的一种激光信号的信息结构的示意图。
具体实施方式
[0034]为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0035]需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准系统，其特征在于，包括第一通信端和第二通信端，所述第一通信端和所述第二通信端均设置有捕获跟踪瞄准装置；所述捕获跟踪瞄准装置包括控制芯片、发射模块和接收模块，所述控制芯片分别与所述发射模块和所述接收模块连接；所述发射模块包括激光器和压电陶瓷偏摆镜，所述激光器和所述压电陶瓷偏摆镜均与所述控制芯片连接，其中，所述压电陶瓷偏摆镜用于调节由所述激光器发出的激光光束的指向；所述接收模块包括单光子探测器和缩束镜，所述单光子探测器和所述缩束镜之间设置有滤光片，所述单光子探测器与所述控制芯片连接。2.根据权利要求1所述的捕获跟踪瞄准系统，其特征在于，所述激光器的波长为450nm至550nm。3.根据权利要求1所述的捕获跟踪瞄准系统，其特征在于，所述控制芯片包括FPGA芯片。4.一种用于水下光通信的捕获跟踪瞄准方法，应用于第一通信端的捕获跟踪瞄准装置，其特征在于，包括：通过发射模块向第二通信端的捕获跟踪瞄准装置发送第一激光信号，所述第一激光信号包括所述第一通信端的捕获跟踪瞄准装置的第一指向信息；通过接收模块获取所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置基于所述第一指向信息生成的第二激光信号，所述第二激光信号包括所述第一指向信息和所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置的第二指向信息；基于所述第一指向信息，调整发射模块的发射角度，并将所述第一指向信息和所述第二指向信息发送至所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置，以便所述第二通信端的捕获跟踪瞄准装置基于所述第二指向信息调整激光信号的发射角度，建立所述第一通信端与所述第二通信端之间的光通信链路。5.根据权利要求4所述的捕获跟踪瞄...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文东，朱启明，黑小兵，王纪安，顾永建，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：