【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空海跨介质通信领域，更具体地说，它涉及一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置及方法。
技术介绍
1、空海跨介质通信是指综合运用无线电波通信、微波通信、光通信以及水声通信等多种技术手段实现信息从空天到水下的双向传递过程，是海底观测网、水下航行器以及各类深海预置装备发挥效能的关键，在海洋生态环境保护、海洋资源勘探以及海洋军事安全领域拥有广泛的应用前景。
2、声波是水下通信的主要手段，但其无法在空气中远距离传播，且在空气-水界面处反射损耗很高，因此无法作为跨水气介质的有效通信方式。另一方面，在空气中具有良好传输特性的电磁波在水下又面临传输距离有限的问题，同样无法实现有效的跨水气介质通信。近年来，人们提出了多种方法和装置来实现海上跨介质通信：中国专利技术专利申请“跨介质的空中至水下激光致声通信方法及装置”(申请号：202011024918.1，公开日：2021-10-26)提出基于光致声效应，利用高能脉冲激光在海面实现光能向声能的转化，进而通过控制激光脉冲的时间间隔和能量大小实现信息从空中向水下的传递；中国专利技术专利申请“一种空海跨介质直接双向通信方法”(申请号：202210204335.x，公开日：2022-07-08)提出基于热声效应，利用高能微波脉冲在海水介质处诱导出声信号，进而通过控制微波脉冲的编码形式实现信息从空中向水下的传递；中国专利技术专利“激光跨介质通信方法、装置、电子设备和存储介质”(专利号：zl202210715490.8)提出直接利用激光实现跨介质通信，通过优化激光束的均方束腰宽范围实现较远
3、综上所述，实现跨水气介质通信的技术路径主要包括：(1)基于光致声效应，利用高能脉冲激光在水面产生声波；(2)基于热致声效应，利用高能脉冲微波在水面产生声波；(3)直接利用蓝绿激光实现跨水面通信以及(4)利用集成了声通信和无线通信模块的中继浮标。其中，利用光致声效应或热致声效应直接在水面诱导声波的方式能量转换效率极低，声波能量小，水下有效通信距离短，且易受海面波浪和水气影响，误码率高，同时还难以实现对上行水声通信信号的探测，信息的双向传输较为困难；直接利用蓝绿激光实现跨介质通信的方式仍未解决光波在水下远距离传输的问题，同时，激光的高指向性对接收终端的距离和姿态有着很高的要求；中继浮标是现在较为成熟且实用化的技术，但成本较高、隐蔽性差且灵活性不够，布放回收难度大，在深远海应用时面临较大限制。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中所存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置及方法，基于全光链路实现信息的稳定双向传输，旨在实现成本低廉、机动灵活且兼顾隐蔽性、可靠性和高效性的海上跨介质通信，特别适用于深远海水下无人装备应急或应召通信。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置及方法，包括空中平台、干端、轻质细径光缆和湿端，干端位于空中平台，空中平台采用可悬停无人机；
3、干端包括信号接收与驱动模块、高功率可调制激光器、多路相位调制器、光强检测与信号调制解调模块和电控液压钳；
4、轻质细径光缆包括多根单模光纤；
5、湿端包括光声换能器、水声接收模块、光缆凯夫拉芯和光缆护套；
6、光声换能器由紧密排列的512根端面涂敷复合材料薄膜的光纤构成，复合材料薄膜由碳纳米管和聚二甲基硅氧烷复合而成；
7、水声接收模块包括中心对称分布在轻质细径光缆外圈的8路光学检测结构；光学检测机构包括渐变折射率透镜、膜片和支撑结构，渐变折射率透镜集成在光纤端面，膜片设有锥形反射面。
8、进一步的，高功率可调制激光器为连续激光器，可跟随驱动电流的变化输出光强随时间连续变化的激光光束。
9、进一步的，膜片采用硅基材料。
10、一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，包括以下步骤：
11、s1、当深远海水下无人装备需应急或应召通信时，可悬停无人机携高机动性海上跨介质隐蔽通信装置快速机动至预定海域；
12、s2、无人机在预定海域悬停，通过无人机携带的卫通等无线通信设备接收下行通信信号；
13、s3、信号接收与驱动模块将接收到的下行通信信号调制编码为高功率可调制激光器的驱动电流信号，驱动高功率可调制激光器输出强度调制后的激光；
14、s4、高功率可调制激光器输出的调制激光经过轻质细径光缆传输到达湿端中的光声换能器，诱导激发出对应的水声信号，经过水声信道传输后抵达目标，实现下行通信信号的传递；
15、s5、目标发出的上行通信信号经过水声信道传输后，抵达湿端中的水声接收模块，声压信息被光学检测结构检测到，转化为光信号，并经过轻质细径光缆传输到光强检测与信号调制解调模块，解调后的上行通信信号经串口传输至无人机通信设备；
16、s6、一次应急或应召通信结束后，电控液压钳将轻质细径光缆剪断，抛弃湿端以及与其连接的部分轻质细径光缆，无人机快速撤离目标海域。
17、进一步的，步骤s3中，信号接收与驱动模块接收到下行通信信号后，按照psk或dpsk调制方式，输出对应的电流信号，驱动高功率可调制激光器输出激光，将下行通信信号调制到连续激光的相位变化特征上。
18、进一步的，步骤s4中，采取光控声学相控阵技术实现对通信目标的扫描和跟踪，通过多路光纤相位调制器独立控制各个光声换能器单元的相位，使得握手声信号在-60°到60°范围内扫描，水声接收模块接收到应答信号后，锁定声束角度，再次控制各个光声换能器单元的相位，使得声束汇聚，汇聚点由无限远逐步接近声源，实时分析应答信号质量，直至通信链路稳定建立。
19、进一步的，步骤s3-s5中，上行和下行通信信号的调制和解调均采用连续激光作为载波
20、综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
21、(1)本专利技术提供的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置及方法，采用全光链路实现信息的双向传递，与传统的基于无线电波的通信方式相比，具有更高的隐蔽性；
22、(2)通过细径光缆实现通信信号的跨介质双向传递，并通过涂敷在光纤端面的复合材料薄膜实现光声信号转换，与基于水面光致声效应或热致声效应的技术路径相比，具有更高的转换效率，且不受海面水汽和浪花的影响；
23、(3)通过光控声学相控阵技术，实现对目标的扫描和稳定跟踪，大幅提升水声通信的距离和稳定性；设计了电控液压钳，可在通信结束后快速抛弃成本低廉的湿端，节省回收时间，降低海上风险的同时实现快速灵活机动部署；
24、(4)与现有的海上跨介质通信装置和方法相比，本系统成本低廉，信息传输隐蔽性和可靠性很高，同时操作简便，机动灵活，尤其适用于在深远海与水下无人装备进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，包括空中平台、干端(102)、轻质细径光缆(103)和湿端(104)，所述干端(102)位于空中平台，所述空中平台采用可悬停无人机(101)；
2.根据权利要求1所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，所述高功率可调制激光器为连续激光器，可跟随驱动电流的变化输出光强随时间连续变化的激光光束。
3.根据权利要求1所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，所述膜片(310)采用硅基材料。
4.一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，步骤S3中，信号接收与驱动模块接收到下行通信信号后，按照PSK或DPSK调制方式，输出对应的电流信号，驱动所述高功率可调制激光器输出激光，将下行通信信号调制到连续激光的相位变化特征上。
6.根据权利要求4所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，步骤S4中，采取光控声学相控阵技术实现对通信目标的扫描和跟踪，通过多路
7.根据权利要求4所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，步骤S3-S5中，上行和下行通信信号的调制和解调均采用连续激光作为载波。
...【技术特征摘要】
1.一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，包括空中平台、干端(102)、轻质细径光缆(103)和湿端(104)，所述干端(102)位于空中平台，所述空中平台采用可悬停无人机(101)；
2.根据权利要求1所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，所述高功率可调制激光器为连续激光器，可跟随驱动电流的变化输出光强随时间连续变化的激光光束。
3.根据权利要求1所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信装置，其特征在于，所述膜片(310)采用硅基材料。
4.一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高机动性海上跨介质隐蔽通信方法，其特征在于，步骤s3中，信号接收与驱动模块接收到下行通信信号后，按照psk...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹永超，胡正良，徐攀，王付印，朱敏，李思，陈祥国，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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