[發明專利]一種正交頻分復用的移動機器人無線光通信系統

有效

• 申請號: 201810933785.6
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN108964764B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 陳晶;牟冉;林貽翔
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

1.一種正交頻分復用的移動機器人無線光通信系統，其特征在于包括：移動指揮站端和移動機器人端；其中，所述移動指揮站端由工控機、光端機、光信號發射器、開孔反射鏡、二維偏轉鏡、第二微處理器、第三微處理器、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一濾光片、第二濾光片、第三濾光片、第一探測器、第二探測器、第三探測器、第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡、第四聚焦透鏡、跟瞄相機、顯示器構成；所述移動機器人端由光學天線、前置限幅放大器、控制采集接口、第一微處理器構成；

所述工控機與所述光端機連接；所述光端機與所述光信號發射器連接；所述光端機與所述光信號發射器使用光纖相連；所述所述光信號發射器的發射光軸方向與開孔反射鏡法線夾角為α，α0；所述所述光學天線的發射光軸方向與開孔反射鏡法線夾角同為α；所述所述光信號發射器的發射光軸方向與所述二維偏轉鏡的反射鏡的法線之間的夾角為β，β0；所述的二維偏轉鏡中兩塊反射鏡反射面之間的初始夾角為0；所述光學天線與所述前置限幅放大器連接；所述前置限幅放大器與所述第一微處理器連接；所述第一微處理器與所述控制采集接口連接；所述第一微處理器與所述光學天線連接；所述第一探測器的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角均為0；所述第二探測器的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角均為0；所述第三探測器的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角均為0；所述第一聚焦透鏡的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第二聚焦透鏡的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第三聚焦透鏡的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第四聚焦透鏡的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；

所述第一濾光片的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第二濾光片的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第三濾光片的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述跟瞄相機接收面的法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為0；所述第一分光片法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為γ，γ0；所述第二分光片法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為δ，δ0；所述第三分光片法線方向與所述光學天線的發射光軸方向夾角為ε，ε0；所述跟瞄相機與所述工控機連接；所述工控機與所述二維偏轉鏡連接；所述第一探測器與所述第一放大電路連接；所述第二探測器與所述第二放大電路連接；所述第三探測器與所述第三放大電路連接；所述第二微處理器分別與所述的第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路依次連接；所述第二微處理器與所述第三微處理器連接；所述第三微處理器與所述工控機連接；所述工控機與所述顯示器連接；

所述光學天線由N組光天線單元組成，每個光天線單元中集成了M個探測器單元和M個LED發光單元，每個探測器單元和每個LED發光單元一一對應且指向角度相同，即探測單元的探測方向與對應的LED發光單元的光軸方向一致；單個探測器單元和其對應的LED發光單元的覆蓋角度為水平夾角a°，俯仰夾角a°，不同的探測器單元之間的水平夾角以及俯仰夾角均為b°，不同的LED發光單元之間的水平夾角以及俯仰夾角均為b°，即每一個光天線單元的探測角度或發射角度均為的水平夾角以及俯仰夾角均為c°，N組光天線單元組合成所述光學天線后可以實現水平夾角為360°，俯仰夾角為c°的LED光信號探測接收與LED光信號發射，N0,M0,a°0,b°0,c°0；

所述工控機將控制信號發送給所述光端機，所述光端機對控制信號進行調制得到光控制信號，所述光信號發射器將光控制信號轉換為LED光信號，LED光信號經過所述二維偏轉鏡發射出去，LED光信號的光線出射角度由所述二維偏轉鏡的偏轉角度控制，所述工控機通過所述跟瞄相機采集的機器人圖像找到機器人所在位置，根據機器人所在位置控制所述二維偏轉鏡的偏轉，使得LED光信號指向所述光學天線，在所述跟瞄相機與所述工控機作用下穩定地將LED光信號傳遞給所述光學天線；

所述光學天線的N*M個探測器單元中，搜索接收到的LED光信號強度最大的探測器單元(i_max,j_max)，i_max[1,N],j_max[1,M]，表示第i_max組光天線中第j_max個探測器單元，其對應的第i_max組光天線中第j_max個LED發光單元作為回傳信號發射單元，探測器單元(i_max,j_max)將LED光信號轉換為控制電信號；所述前置限幅放大器對第i_max組光天線中第j_max個探測器單轉換的控制電信號進行限幅放大，得到預處理后控制電信號；所述第一微處理器將預處理后控制電信號通過模數轉換為數字控制信號，并通過所述控制采集接口將數字控制信號傳輸至移動機器人進行控制，移動機器人將數字圖像信號通過所述控制采集接口傳輸至所述第一微處理器；所述第一微處理器將數字圖像信號進行正交頻分復用調制得到OFDM數字圖像信號，并經過數模轉換為OFDM圖像電信號；所述光學天線中第i_max組光天線中第j_max個LED發光單元作為回傳信號發射單元將OFDM圖像電信號轉換為OFDM圖像LED光信號發射至所述二維偏轉鏡；

所述二維偏轉鏡將OFDM圖像LED光信號傳輸至所述開孔反射鏡，并經所述開孔反射鏡反射至所述第一分光片；所述第一分光片將OFDM圖像LED光信號透射至所述第四聚焦透鏡聚光，并通過所述跟瞄相機采集聚焦后OFDM圖像LED光信號傳輸至所述工控機，所述工控機通過所述跟瞄相機采集的聚焦后OFDM圖像LED光信號找到機器人所在位置，根據機器人所在位置控制所述二維偏轉鏡的偏轉，使得所述二維偏轉鏡發射的LED光信號與所述二維偏轉鏡接收的OFDM圖像LED光信號之間光線信號同軸；所述第一分光片將OFDM圖像LED光信號反射至所述第三分光片，經過所述第三分光片透射、所述第三濾光片濾光、所述第三聚焦透鏡聚光、所述第三探測器光電轉換、所述第三放大電路信號預處理得到第三OFDM圖像電信號，并傳輸至所述第二微處理器；所述第一分光片將OFDM圖像LED光信號反射至所述第二分光片，經過所述第二分光片透射、所述第二濾光片濾光、所述第二聚焦透鏡聚光、所述第二探測器光電轉換、所述第二放大電路信號預處理得到第二OFDM圖像電信號，并傳輸至所述第二微處理器；所述第一分光片將OFDM圖像LED光信號反射至所述第一分光片，經過所述第一分光片透射、所述第一濾光片濾光、所述第一聚焦透鏡聚光、所述第一探測器光電轉換、所述第一放大電路信號預處理得到第一OFDM圖像電信號，并傳輸至所述第二微處理器；所述第二微處理器分別將第一OFDM圖像電信號、第二OFDM圖像電信號、第三OFDM圖像電信號通過模數轉換為第一OFDM圖像數字信號、第二OFDM圖像數字信號、第三OFDM圖像數字信號，并分別對第一OFDM圖像數字信號、第二OFDM圖像數字信號、第三OFDM圖像數字信號進行解調得到第一OFDM解調圖像數字信號、第二OFDM解調圖像數字信號、第三OFDM解調圖像數字信號，將第一OFDM解調圖像數字信號、第二OFDM解調圖像數字信號以及第三OFDM解調圖像數字信號傳輸至所述第三微處理器；所述第三微處理器根據第一OFDM解調圖像數字信號、第二OFDM解調圖像數字信號以及第三OFDM解調圖像數字信號進行圖像處理得到所述移動機器人端實時拍攝的圖像，并傳輸至所述工控機；所述工控機將所述移動機器人端實時拍攝的圖像傳輸至所述顯示器進行顯示。