[發(fā)明專利]激光信號(hào)恢復(fù)模塊、多點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的水下激光通信系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010640654.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN111934779B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡文郁;唐國(guó)棟;楊俊雷;吳巖;吳培鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/50
• 分類號(hào): H04B10/50;H04B10/66;H04B10/69;H04B13/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了激光信號(hào)恢復(fù)模塊、多點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的水下激光通信系統(tǒng)及方法。復(fù)雜的水下環(huán)境是影響水下激光通信通信距離以及誤碼率的主要因素。本發(fā)明一種激光信號(hào)恢復(fù)模塊，包括DAC電路、壓控放大電路、ADC采樣電路、脈沖峰值保持電路、自相關(guān)電路和可調(diào)閾值比較器電路。其中，DAC電路、壓控放大電路、ADC采樣電路、脈沖峰值保持電路組成自動(dòng)增益控制電路；本發(fā)明通過(guò)信號(hào)調(diào)理技術(shù)對(duì)受到水體衰減以及散射干擾的激光信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，以達(dá)到在更長(zhǎng)的通信距離下實(shí)現(xiàn)較高的通信速率，為水下無(wú)線視頻傳輸?shù)葢?yīng)用提供技術(shù)保障。本發(fā)明利用云臺(tái)實(shí)現(xiàn)了任意兩個(gè)水下激光通信系統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)空間上分離的多個(gè)水下目標(biāo)之間的激光通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光信號(hào)恢復(fù)模塊、多點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的水下激光通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)一般包括微波通信、聲通信以及光通信。微波由于在水中衰減大，不適合應(yīng)用在水下無(wú)線通信中；水聲通信目前在水下無(wú)線通信領(lǐng)域中應(yīng)用較廣，且傳輸距離遠(yuǎn)，但存在著傳輸速率慢、抗干擾性能差，功耗高等缺點(diǎn)，很難滿足目前海洋探測(cè)中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾室螅欢聼o(wú)線光通信是目前新興的一種水下無(wú)線通信技術(shù)，光源主要包括 LED光和藍(lán)綠激光。由于激光的準(zhǔn)直度高，功率集中以及響應(yīng)速度快，并且藍(lán)綠色波段的激光在水下有較強(qiáng)的穿透性，因此可以實(shí)現(xiàn)水下長(zhǎng)距離高速率的無(wú)線通信。

但水下激光通信對(duì)方向性要求較高，實(shí)現(xiàn)水下激光通信的前提是激光通信的發(fā)射端和接收端能夠在較高的精度下對(duì)準(zhǔn)，特別是在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的協(xié)作通信場(chǎng)景中，需要要求通信發(fā)射端能夠自動(dòng)調(diào)整發(fā)射角度去對(duì)準(zhǔn)不同的接收端并建立通信。例如水面的發(fā)射端要對(duì)水底的多個(gè)接收端傳輸信息，此時(shí)就需要發(fā)射端在完成一次傳輸后自動(dòng)調(diào)整方向?qū)?zhǔn)下一個(gè)接收端。本發(fā)明基于對(duì)準(zhǔn)方向自調(diào)的水下激光通信系統(tǒng)使用了陀螺儀對(duì)發(fā)射角度進(jìn)行解算，計(jì)算出激光需要調(diào)整的方向與角度，通過(guò)云臺(tái)控制激光發(fā)射端轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)接收端。

復(fù)雜的水下環(huán)境也是影響水下激光通信通信距離以及誤碼率的主要因素。較渾濁的水中或者距離較遠(yuǎn)時(shí)，激光信號(hào)將會(huì)衰減較大，加上水體的干擾以及散射等，激光信號(hào)將會(huì)疊加較多的噪聲，影響誤碼率。目前國(guó)內(nèi)的一些水下激光通信的研究都停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒(méi)有考慮到實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，未對(duì)接收的激光信號(hào)進(jìn)行專門的信號(hào)恢復(fù)。本發(fā)明考慮到在實(shí)際中的應(yīng)用，在激光發(fā)射功率不能更大的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離以及更高的通信速率，提出了專門的激光信號(hào)恢復(fù)模塊，對(duì)激光接收信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增益控制(AGC)以及自相關(guān)檢測(cè)，提高接收信號(hào)的穩(wěn)定性以及抗干擾能力，當(dāng)接收信號(hào)較弱時(shí)控制增益變大。另外，接收信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)由于信號(hào)脈沖展寬也會(huì)影響誤碼率，因此信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)也會(huì)控制增益減小。經(jīng)處理后的激光脈沖信號(hào)由可調(diào)閾值比較器恢復(fù)成數(shù)字脈沖信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種激光信號(hào)恢復(fù)模塊，對(duì)經(jīng)過(guò)傳輸后被削弱的激光信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。

本發(fā)明一種激光信號(hào)恢復(fù)模塊，包括DAC電路、壓控放大電路、ADC采樣電路、脈沖峰值保持電路、自相關(guān)電路和可調(diào)閾值比較器電路。其中，所述的DAC電路、壓控放大電路、ADC采樣電路、脈沖峰值保持電路組成自動(dòng)增益控制電路；壓控放大電路的輸入接口接收外部輸入的信號(hào)；DAC電路的電壓輸出端連接到壓控放大電路的控制輸入端連接；脈沖峰值保持電路的輸出接口連接到ADC采樣電路的采樣接口。自相關(guān)電路的輸出接口連接到可調(diào)閾值比較器電路及脈沖峰值保持電路的輸入接口；ADC采樣電路的采樣接口連接脈沖峰值保持電路的輸出接口，數(shù)字信號(hào)并口輸出接口連接到激光通信核心處理模塊；DAC電路的輸入接口與外部的激光通信核心處理模塊連接。