[發明專利]自組網編隊飛機群激光全向通信光學系統及其通信方法

有效

• 申請號: 202010189777.2
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111447012B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 胡源;袁夕堯;王天樞;林鵬;王加科
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/66;H04B10/112
• 代理公司: 北京中理通專利代理事務所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

自組網編隊飛機群激光全向光學系統及其通信方法，屬于光通信技術領域，為了解決現有技術中光學系統結構復雜，體積和重量受限，不適合搭載到無人機上；無法支持廣播式通信；無法支撐分布式協同及無法保證信息有效傳遞等問題，假設整個網絡有N條信息傳輸路徑，將這N條傳輸路徑抽象成飛機群通信傳遞系統同步模型中的N個節點，在每個節點上搭載激光通信載荷，任意一個節點可以同時發送和接收其它節點傳輸的信息，如指令、數據等，由此完成無人全自動總體協同。可大大提高無人全自動總體的工作效率和性能。具有體積小、重量輕等特點，適合搭載到無人機上。克服了激光通信自主協同的最大障礙，保證了全自動總體在通信拒止環境中的任務協同。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，尤其涉及一種自組網編隊飛機群激光全向光學系統及其通信方法。

背景技術

自組網編隊的飛機群具有機動性強、成本低、行動隱蔽的優勢。為了能夠在編隊內快速傳輸戰場環境信息，形成群體感知，一種大帶寬、高隱蔽的通信傳遞渠道必不可少。傳統技術一般采用點對點通信傳遞，但其無法支撐分布式協同，且該方法要搭配大口徑光學系統，系統整體結構復雜，不適合搭載到無人機上。特別的，在通信拒止環境下多采用微波通信技術，會受到電磁干擾，無法保證信息的有效傳遞。可見，提出一種自組網編隊飛機群激光全向光學方法的必要性。

發明內容

本發明為了解決現有技術中光學系統結構復雜，體積和重量受限，不適合搭載到無人機上；無法支持廣播式通信；無法支撐分布式協同及無法保證信息有效傳遞等問題，提出了一種可實現激光全向傳遞的光學系統及方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

自組網編隊飛機群激光全向通信光學系統，其特征是，該系是由激光全向通信擴散結構和激光全向通信接收結構組成；

所述激光全向通信擴散結構由電機、單反射鏡、準直系統和激光器組成；所述激光器出射的光經過準直系統準直后入射到單反射鏡上，由電機驅動單反射鏡，使其快速掃描，將不同角度接收的光反射出去，實現光信號的全向擴散；

所述激光全向通信接收結構由六個單個激光全向通信接收結構均勻分布拼接而成；

所述單個激光全向通信接收結構為非球面透鏡和探測器由殼體封裝組成，激光全向通信擴散結構中單反射鏡擴散出的光入射到非球面透鏡上，然后光經過非球面透鏡耦合進入探測器；探測器將光信號轉換為電信號，完成信息傳遞。

所述準直系統的焦距f₁的選取根據探測器靶面直徑D、通信距離L、激光器發射功率及探測器接收功率確定，滿足，先計算出激光器發出的光束發散角θ，再根據，計算出焦距f₁。

自組網編隊飛機群激光全向通信系統的通信方法，其特征是，該方法包括以下步驟：

步驟一，首先，假設整個網絡有四條信息傳輸路徑，將這四條傳輸路徑抽象成飛機群通信傳遞系統同步模型中的四個節點，在每個節點上搭載本發明所述的自組網編隊飛機群激光全向通信光學系統，任意一個節點可以同時發送和接收其它節點傳輸的信息；

步驟二，當前節點位置系統中激光器出射的激光，入射到準直系統中，準直并縮小一定的發散角后再入射到單反射鏡上，同時由電機控制單反射鏡轉動對光路快速掃描，實現360°信息擴散；

步驟三，信息擴散進入下一節點，通過該節點位置的激光全向通信接收結構，由六個均勻分布的非球面透鏡接收來自前一節點反射鏡出射的不同方向的光，將光耦合入探測器中。探測器捕捉并判斷信息入射方向，其電信號通過控制電路驅動前一節點的電機，電機控制反射鏡調整光軸指向位置，從而成功實現視軸對準；

步驟四，在視軸對準基礎上，前一節點的激光器對發射光信號進行調制，后一節點的探測器對接收到的光信號進行解調實現鏈路間信息傳輸；完成全雙工全方位的信息傳遞，實現自組網編隊飛機群激光全向通信。

本發明的有益效果是：