RU2526207C2 - Underwater optical communication apparatus - Google Patents

Underwater optical communication apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2526207C2
RU2526207C2 RU2012133520/07A RU2012133520A RU2526207C2 RU 2526207 C2 RU2526207 C2 RU 2526207C2 RU 2012133520/07 A RU2012133520/07 A RU 2012133520/07A RU 2012133520 A RU2012133520 A RU 2012133520A RU 2526207 C2 RU2526207 C2 RU 2526207C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transmitter
receiver
optical
angular
rotary device
Prior art date
Application number
RU2012133520/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012133520A (en
Inventor
Владимир Тимурович Дмитриев
Сергей Николаевич Кириллов
Сергей Николаевич Кузнецов
Алексей Александрович Лоцманов
Сергей Юрьевич Поляков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2012133520/07A priority Critical patent/RU2526207C2/en
Publication of RU2012133520A publication Critical patent/RU2012133520A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2526207C2 publication Critical patent/RU2526207C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: physics, communications.
SUBSTANCE: invention relates to electrical communication engineering and can be used in two-way optical communication systems. An underwater wireless optical communication apparatus, having an optical receiver and a transmitter with control circuits therefor, further includes a rotating device, a position-sensitive element and a master controller, wherein all optical subsystems are rigidly joined to each other, are mounted on the rotating device and angle apertures thereof are linked by the relationship θtRp, where θt is the angle of divergence of the radiation of the transmitter; θR is the angular field of view of the receiver; θp is the angular field of view of the position-sensitive element.
EFFECT: broader functional capabilities of the apparatus for two-way optical communication in an underwater environment.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано в системах двусторонней оптической связи.The invention relates to techniques for electrical communication and can be used in two-way optical communication systems.

Из уровня техники известна система и метод для подводной оптической связи (Патент США №7953326 В2, 31.05.2011). Система содержит оптический передатчик, выполненный в виде массива излучателей световых волн, расположенных на полусферической поверхности и обеспечивающих всенаправленное излучение в большом апертурном угле, фотоприемное устройство, имеющее также полусферическую форму и обеспечивающее прием электромагнитных волн с любого направления в пределах полусферы. Приемник и передатчик физически разнесены друг от друга. Рабочая длина волны системы лежит в диапазоне от 300 до 800 нм. К недостаткам данной системы подводной связи можно отнести невысокую дальность связи из-за широкого угла излучения передатчика, ограничение скорости передачи из-за необходимости одновременного модулирования большого количества излучателей большой мощности, а также взаимное влияние различных каналов связи, образованных такими системами друг на друга при близком их расположении.The prior art system and method for underwater optical communication (US Patent No. 7953326 B2, 05/31/2011). The system comprises an optical transmitter made in the form of an array of light wave emitters located on a hemispherical surface and providing omnidirectional radiation in a large aperture angle, a photodetector having a hemispherical shape and providing reception of electromagnetic waves from any direction within the hemisphere. The receiver and transmitter are physically separated from each other. The operating wavelength of the system lies in the range from 300 to 800 nm. The disadvantages of this underwater communication system include the low communication range due to the wide angle of the transmitter radiation, the limitation of the transmission rate due to the need to simultaneously modulate a large number of high power emitters, as well as the mutual influence of various communication channels formed by such systems on each other at close their location.

Наиболее близким по технической сущности является метод и аппаратура для подводной беспроводной оптической связи (Patent application publication US 2005/02326338 A1, 20.10.2005), которая и выбрана в качестве прототипа. Аппаратура содержит в своем составе оптический преобразователь, в который входит один или несколько светоизлучающих диодов, обеспечивающих излучение в диапазоне 400-700 нм, один или несколько оптических фотодетекторов, обеспечивающих прием сигнала в указанном диапазоне, переднюю панель с установленными на ней линзами перед фотодетекторами, водонепроницаемый кожух с установленными внутри него электронными блоками, обеспечивающими работу передатчика и приемника, а также контроллер, обеспечивающий работу системы в выбранном протоколе связи, например IRDA. Данная система имеет большой угол излучения света и соответственно большое угловое поле зрения приемника. Это приводит к большим потерям мощности передатчика при распространении излучения в беспроводном канале. Другой недостаток аппаратуры в том, что при использовании нескольких таких систем совместно происходит взаимное их влияние друг на друга из-за больших апертурных углов приемника и передатчика.The closest in technical essence is the method and equipment for underwater wireless optical communication (Patent application publication US 2005/02326338 A1, 20.10.2005), which is selected as a prototype. The equipment includes an optical converter, which includes one or more light emitting diodes that provide radiation in the range 400-700 nm, one or more optical photo detectors that provide signal reception in the specified range, a front panel with lenses mounted on it in front of photo detectors, waterproof a casing with electronic units installed inside it, ensuring the operation of the transmitter and receiver, as well as a controller, ensuring the operation of the system in the selected protocol communication, such as IRDA. This system has a large angle of light emission and, accordingly, a large angular field of view of the receiver. This leads to large transmitter power losses during radiation propagation in the wireless channel. Another drawback of the equipment is that when using several such systems, their mutual influence on each other occurs due to the large aperture angles of the receiver and transmitter.

Техническим результатом изобретения является улучшение функциональных возможностей системы подводной оптической связи.The technical result of the invention is to improve the functionality of the underwater optical communication system.

Технический результат достигается за счет того, что аппаратура подводной оптической связи состоит из водонепроницаемого кожуха с передней панелью, с установленными внутри кожуха оптическим передатчиком, работающим в спектральном диапазоне 400-700 нм, оптическим приемником, обеспечивающим прием сигналов в указанном диапазоне, а также блоком электроники, обеспечивающим работу приемника и передатчика. При этом приемник и передатчик установлены внутри корпуса на поворотном устройстве, обеспечивающем их угловое перемещение по двум ортогональным координатам и с закрепленным на нем и жестко связанным с передатчиком позиционно-чувствительным элементом, в состав электронных блоков введен контроллер определения координат и управления, вход которого соединен с позиционно- чувствительным элементом, а выход с поворотным устройством, при этом угловые апертуры оптических устройств подчиняются соотношению:The technical result is achieved due to the fact that the underwater optical communication equipment consists of a waterproof casing with a front panel, with an optical transmitter installed inside the casing operating in the spectral range 400-700 nm, an optical receiver providing signal reception in the specified range, as well as an electronics unit providing the operation of the receiver and transmitter. At the same time, the receiver and the transmitter are installed inside the housing on a rotary device, which ensures their angular movement in two orthogonal coordinates and with a position-sensitive element fixed to it and rigidly connected to the transmitter, the coordinates and control controller, the input of which is connected to position-sensitive element, and the output with a rotary device, while the angular apertures of the optical devices obey the ratio:

θtRp,θ tRp ,

где θt - угол расходимости излучения передатчика;where θ t is the angle of divergence of the radiation of the transmitter;

θR - угловое поле зрения приемника;θ R is the angular field of view of the receiver;

θp - угловое поле зрения позиционно-чувствительного элемента. При этом передняя панель кожуха выполняется из прозрачного материала и может иметь форму в виде части сферы. В этом случае оси вращения поворотного устройства пересекаются в геометрическом центре сферы. Позиционно-чувствительный элемент может быть выполнен в виде матричного фотоприемника с установленной перед ним фокусирующей системой.θ p is the angular field of view of the position-sensitive element. In this case, the front panel of the casing is made of a transparent material and may be shaped as part of a sphere. In this case, the rotation axes of the rotary device intersect at the geometric center of the sphere. The position-sensitive element can be made in the form of a matrix photodetector with a focusing system installed in front of it.

Устройство аппаратурыDevice device

На фиг.1 изображено устройство аппаратуры подводной беспроводной линии связи, где:Figure 1 shows the device apparatus for an underwater wireless communication line, where:

1 - водонепроницаемый кожух;1 - waterproof casing;

2 - поворотное устройство;2 - rotary device;

3 - оптический передатчик;3 - optical transmitter;

4 - блок электроники, обеспечивающий работу приемника и передатчика;4 - an electronics unit that ensures the operation of the receiver and transmitter;

5 - позиционно-чувствительный элемент;5 - position-sensitive element;

6 - оптический приемник;6 - optical receiver;

7 - кронштейн жесткой связи между приемником и позиционно- чувствительным элементом;7 - bracket for rigid connection between the receiver and the position-sensitive element;

8 - передняя панель;8 - front panel;

9 - контроллер определения координат и управления поворотным устройством.9 - controller for determining coordinates and controlling the rotary device.

Аппаратура оптической беспроводной подводной связи состоит из оптического передатчика 3 и оптического приемника 6, которые электрически соединены с блоком электроники 4, обеспечивающим работу передатчика и приемника по выбранному протоколу связи, например Ethernet. Приемник и передатчик закреплены на несущем кронштейне 7. На этом же кронштейне жестко закреплен позиционно-чувствительный элемент 5, который может быть выполнен в виде матричного приемника с оптической системой.The optical wireless underwater communications equipment consists of an optical transmitter 3 and an optical receiver 6, which are electrically connected to an electronics unit 4, which enables the transmitter and receiver to operate over a selected communication protocol, such as Ethernet. The receiver and the transmitter are fixed on the carrier bracket 7. A position-sensitive element 5, which can be made in the form of a matrix receiver with an optical system, is rigidly fixed to the same bracket.

При этом оптические угловые апертуры приемника, передатчика и позиционно чувствительного фотоприемника подчиняются соотношению:In this case, the optical angular apertures of the receiver, transmitter and positionally sensitive photodetector obey the ratio:

θtRp,θ tRp ,

где θt - угол расходимости излучения передатчика;where θ t is the angle of divergence of the radiation of the transmitter;

θR - угловое поле зрения приемника;θ R is the angular field of view of the receiver;

θp - угловое поле зрения позиционно-чувствительного фотоприемника, а их оптические оси выполнены параллельными.θ p is the angular field of view of the position-sensitive photodetector, and their optical axes are made parallel.

В свою очередь кронштейн установлен в поворотном устройстве 2. Поворотное устройство обеспечивает угловое перемещение кронштейна, а значит, и всей оптической системы в двух ортогональных плоскостях. На фиг.1 это соответствует вращению вокруг вертикальной оси и вокруг горизонтальной оси. Поворотное устройство электрически соединено с выходом контроллера определения координат и управления, который обеспечивает угловые перемещения вокруг указанных осей по встроенному алгоритму. Данные о текущем положении цели поступают на вход контроллера от позиционно-чувствительного элемента.In turn, the bracket is installed in the rotary device 2. The rotary device provides angular movement of the bracket, and hence the entire optical system in two orthogonal planes. In Fig. 1, this corresponds to rotation about a vertical axis and about a horizontal axis. The rotary device is electrically connected to the output of the coordinate determination and control controller, which provides angular movements around the indicated axes according to the built-in algorithm. Data on the current position of the target is received at the controller input from a position-sensitive element.

Все составные части аппаратуры подводной связи помещены и закреплены внутри водонепроницаемого герметичного кожуха 1. На одной из стенок кожуха, напротив оптической системы установлена передняя панель 8. Она выполнена из прозрачного материала для диапазона длин волн излучения 400-700 нм. На фиг.1 показан вариант с плоской панелью. В другом варианте форма панели может быть исполнена в виде части сферы. В этом случае оси вращения поворотного устройства проходят через геометрический центр сферы. All components of the underwater communication equipment are placed and fixed inside the waterproof sealed casing 1. On one of the casing walls, opposite the optical system, is the front panel 8. It is made of transparent material for the radiation wavelength range of 400-700 nm. Figure 1 shows a variant with a flat panel. In another embodiment, the shape of the panel may be performed as part of a sphere. In this case, the axis of rotation of the rotary device pass through the geometric center of the sphere.

Работа устройстваDevice operation

Для обеспечения связи используются два комплекта аппаратуры, которые размещаются на разных концах линии связи.To ensure communication, two sets of equipment are used, which are located at different ends of the communication line.

Оптический передатчик направляет в канал сколлимированные световые импульсы излучения сигналов связи на длине волны в диапазоне от 400 до 700 нм. Этот диапазон лежит в окне прозрачности водной среды. Оптическая система приемника оптического излучения собирает прошедшее через канал излучение на соответствующие фоточувствительные устройства.The optical transmitter sends to the channel collimated light pulses of radiation from the communication signals at a wavelength in the range from 400 to 700 nm. This range lies in the window of transparency of the aquatic environment. The optical system of the optical radiation receiver collects the radiation transmitted through the channel to the corresponding photosensitive devices.

При распространении света вдоль дистанции происходит его ослабление как за счет геометрического расширения пучка, так и за счет рассеяния и поглощения излучения. Оптический канал распространения излучения в водной среде, по сравнению, например, с атмосферным, является каналом с очень сильным рассеянием. Основное ослабление излучения происходит именно по этой причине. Однако индикатриса рассеяний имеет сильно вытянутую вперед форму, что подтверждается проведенными измерениями. На фиг.2 приведены фотографии работающей аппаратуры подводной связи на расстоянии около 10 метров в подводных условиях. На фиг.2 видно, что пучок света в целом сохраняет свое форму по мере распространения, хотя заметно и сильное рассеяние. Пучок хорошо просматривается с боковой стороны. Кроме того, на фотографиях можно заметить, что центр излучения пятна хорошо фиксируется и определяется. Это означает, что, используя позиционно-чувствительный фотоприемник и контроллер определения координат и управления приводом, можно всегда навести свой передатчик на точку свечения удаленного передатчика. Для этого контроллер, используя первичные данные от позиционно-чувствительного элемента, определяет точку свечения, выделяет ее координаты и выдает сигналы управления на поворотное устройство. Так как позиционно-чувствительный элемент жестко связан с передатчиком, то его излучение всегда точно попадает в противоположный терминал связи. Фото 6 на фиг.2 иллюстрирует тот случай, когда удаленный передатчик направил свое излучение практически точно на приемную апертуру ближнего приемника.When light propagates along a distance, it attenuates both due to the geometric expansion of the beam and due to scattering and absorption of radiation. An optical channel for the propagation of radiation in an aqueous medium, in comparison with, for example, atmospheric, is a channel with very strong scattering. The main attenuation of radiation occurs precisely for this reason. However, the scattering indicatrix has a strongly elongated forward shape, which is confirmed by the measurements. Figure 2 shows photographs of operating underwater communications equipment at a distance of about 10 meters in underwater conditions. Figure 2 shows that the beam of light as a whole retains its shape as it propagates, although strong scattering is noticeable. The beam is clearly visible from the side. In addition, in the photographs, you can notice that the center of the spot radiation is well fixed and determined. This means that using a position-sensitive photodetector and a controller for determining coordinates and controlling the drive, you can always point your transmitter at the glow point of the remote transmitter. To do this, the controller, using the primary data from the position-sensitive element, determines the glow point, selects its coordinates and issues control signals to the rotary device. Since the position-sensitive element is rigidly connected to the transmitter, its radiation always accurately hits the opposite communication terminal. Photo 6 in figure 2 illustrates the case when the remote transmitter directed its radiation almost exactly to the receiving aperture of the near receiver.

Таким образом, введением в аппаратуру позиционно- чувствительного фотоприемника, жестко связанного с передатчиком информационного канала, двухкоординатного поворотного устройства и контроллера, поддерживающего наведение передатчика на точку свечения удаленного передатчика, можно обеспечить эффективную пространственную селекцию целей за счет сужения диаграммы направленности передатчика. Кроме того, уменьшение угловой ширины пучка излучения передатчика обеспечивает увеличение энергетического запаса аппаратуры и увеличивает дальность связи. Использование узких пучков позволяет также работать с одним источником излучения лазерного типа, а значит, существенно поднять скорость передачи информации, т.к. в этом случае не требуется модуляция массива мощных всенаправленных источников света на основе светодиодов, как указано в прототипе и аналоге.Thus, by introducing into the equipment a position-sensitive photodetector that is rigidly connected to the transmitter of the information channel, a two-axis rotary device and a controller that supports the guidance of the transmitter at the glow point of the remote transmitter, it is possible to provide effective spatial target selection by narrowing the radiation pattern of the transmitter. In addition, reducing the angular width of the radiation beam of the transmitter provides an increase in the energy reserve of the equipment and increases the communication range. The use of narrow beams also allows you to work with a single laser-type radiation source, which means that you can significantly increase the speed of information transfer, because in this case, modulation of an array of powerful omnidirectional light sources based on LEDs is not required, as indicated in the prototype and analogue.

Для максимальной реализации этих преимуществ в предлагаемой аппаратуре подводной оптической беспроводной связи минимальную угловую апертуру имеет передатчик. Угловое поле зрения приемника информационного канала имеет большее значение. За счет этого снижаются требования к точности взаимного поддержания параллельности оптических осей приемника и передатчика и увеличивается доля принимаемой мощности, т.к. приемник начинает воспринимать и часть рассеянных лучей света. Угловое поле зрения позиционно-чувствительного фотоприемника должно быть еще шире, т.к. он должен «видеть» удаленный источник в процессе наведения, т.е. в период, когда аппаратура еще не наведена точно друг на друга - в моменты поиска и захвата (фиг.2, фото 1-5). Конкретные значения апертурных углов определяются многими факторами эксплуатационными, техническими, экономическими, но практически они лежат в пределах от 0,1 углового градуса до 3-5 градусов. Уменьшение этих значений ведет к резкому увеличению требований к точности работы системы, не всегда оправданных в условиях работы в сильно рассеивающей среде. Увеличение апертурных углов ведет также к большим потерям на геометрическое ослабление и снижению эффективности пространственной селекции. Кроме того, увеличивается фоновая засветка приемников, что снижает их чувствительность.For maximum realization of these advantages in the proposed equipment for underwater optical wireless communications, the transmitter has a minimum angular aperture. The angular field of view of the receiver of the information channel is of greater importance. Due to this, the requirements to the accuracy of mutual maintaining parallelism of the optical axes of the receiver and transmitter are reduced and the share of received power increases, because the receiver begins to perceive a part of the scattered light rays. The angular field of view of a position-sensitive photodetector should be even wider, because he must “see” the remote source during the guidance process, i.e. at a time when the equipment has not yet been aimed exactly at each other - at the moments of search and capture (figure 2, photo 1-5). The specific values of the aperture angles are determined by many operational, technical, economic factors, but in practice they range from 0.1 angular degrees to 3-5 degrees. A decrease in these values leads to a sharp increase in the requirements for the accuracy of the system, which are not always justified under conditions of work in a strongly scattering medium. An increase in aperture angles also leads to large losses in geometric attenuation and a decrease in the efficiency of spatial selection. In addition, the background illumination of the receivers increases, which reduces their sensitivity.

Работа с малыми углами требует принятия специальных мер к оптическим системам. С целью увеличения углов обзора аппаратуры, что особенно актуально при ее установке на подвижных подводных объектах, использование плоской передней панели становится нерациональным. Габариты панели резко возрастают. Использование панели сферической формы решает эту задачу. Но панель является границей раздела между водной средой с показателем преломления около 1,35 и воздухом внутри кожуха с показателем преломления около 1. Выпуклая криволинейная поверхность является в этой ситуации отрицательной линзой. Если ось вращения поворотного устройства не совпадает с геометрическим центром сферы, то при повороте будет меняться угол падения пучков на поверхность раздела и их отклонение от первоначального направления. Это вызывает нарушение параллельности пучков, что в дальней зоне может привести к резкому снижению уровня принимаемого сигнала. При вращении оптической системы вокруг геометрического центра угол падения при любом положении будет приблизительно одинаков и энергетика канала не уменьшается. Working with small angles requires special measures for optical systems. In order to increase the viewing angles of the equipment, which is especially important when installing it on moving underwater objects, the use of a flat front panel becomes irrational. The dimensions of the panel increase dramatically. Using a spherical panel solves this problem. But the panel is the interface between an aqueous medium with a refractive index of about 1.35 and air inside the casing with a refractive index of about 1. In this situation, a convex curved surface is a negative lens. If the rotation axis of the rotary device does not coincide with the geometric center of the sphere, then during rotation the angle of incidence of the beams on the interface and their deviation from the original direction will change. This causes a violation of the parallelism of the beams, which in the far zone can lead to a sharp decrease in the level of the received signal. When the optical system rotates around the geometric center, the angle of incidence at any position will be approximately the same and the channel energy will not decrease.

Практическая реализацияPractical implementation

На фиг.3 приведена фотография практической реализации предложенной аппаратуры со снятым защитным кожухом.Figure 3 shows a photograph of the practical implementation of the proposed equipment with the protective cover removed.

Передатчик 1 выполнен на основе полупроводникового лазера с длиной волны 455 нм. Средняя мощность излучения составляет 150 мВт. Передатчик излучает модулированный свет и обеспечивает канальную скорость передачи информации 131 Мбит/с. Угол расходимости передатчика составляет 3 милирадиана или около 0,2 угловых градуса.The transmitter 1 is based on a semiconductor laser with a wavelength of 455 nm. The average radiation power is 150 mW. The transmitter emits modulated light and provides a channel data rate of 131 Mbps. The divergence angle of the transmitter is 3 milliradians or about 0.2 angular degrees.

Приемник 2 выполнен на основе кремниевого PIN фотодиода с размером площадки 400 микрон и угловым полем зрения 8 милирадиан. Приемник и передатчик подключены к блоку электроники 3, который обеспечивает их работу, а также производит согласование формы представления сигнала в беспроводном канале со стандартным стыком Fast Ethernet по протоколу IEEE802.3u, т.е. осуществляет функции кодера-декодера.The receiver 2 is made on the basis of a silicon PIN photodiode with a pad size of 400 microns and an angular field of view of 8 miliradians. The receiver and transmitter are connected to the electronics unit 3, which ensures their operation, and also matches the waveform representation of the signal in the wireless channel with the standard Fast Ethernet interface via IEEE802.3u protocol, i.e. performs the functions of an encoder-decoder.

Между приемником и передатчиком на жестком кронштейне 4 размещен позиционно-чувствительный элемент 5. Он выполнен на базе ПЗС матрицы с количеством пикселей 640x480. Перед матрицей установлена оптическая система с переменным фокусным расстоянием, обеспечивающим изменение углового поля зрения от 17 до 2 угловых градусов.Between the receiver and the transmitter, a position-sensitive element 5 is placed on the rigid bracket 4. It is made on the basis of a CCD matrix with the number of pixels 640x480. An optical system with a variable focal length, which provides a change in the angular field of view from 17 to 2 angular degrees, is installed in front of the matrix.

Все оптические подсистемы закреплены в поворотном устройстве 6. Оно обеспечивает угловое перемещение вокруг горизонтальной оси на 60 градусов, а вокруг вертикальной оси на 180 градусов. Сигналы с позиционно-чувствительного фотоприемника обрабатываются на плате контроллера 7. Там же установлены драйверы приводов поворотного устройства. В верхней части аппаратуры установлены блоки питания и разъемы для подключения к кабелю.All optical subsystems are fixed in the rotary device 6. It provides angular movement around the horizontal axis by 60 degrees, and around the vertical axis by 180 degrees. The signals from the position-sensitive photodetector are processed on the controller board 7. The drivers for the drives of the rotary device are also installed there. At the top of the equipment, power supplies and connectors for connecting to the cable are installed.

Испытания прототипа аппаратуры подводной оптической беспроводной связи подтвердили его высокие эксплуатационные характеристики. Энергетический бюджет составил более 47 дБ, скорость передачи данных 125 Мбит/с в режиме полного дуплекса при уровне цифровых ошибок 10-9 и дальности 50 метров, угол обзора составил +/- 15 градусов и был ограничен только размерами плоской передней панели. Аппаратура поддерживает два режима работы - режим поиска и режим удержания. В режиме поиска ПЗС матрица работает в качестве датчика изображения и обеспечивает передачу видеоизображения на регистрирующее оборудование. Управление поворотным устройством в этом режиме осуществляется вручную оператором. В режиме удержания матрица переходит в состояние датчика угловых координат. Данные с матрицы обрабатываются в контроллере, выделяются целеуказания, которые далее направляются на драйверы приводов поворотного устройства. В этом режиме аппаратура в автоматическом режиме удерживает наведение на противоположный терминал связи с точностью 0,2 мрад. При этом допускается взаимное угловое смещение терминалов со скоростью до 1 град/сек.Tests of the prototype underwater optical wireless equipment confirmed its high performance. The energy budget was more than 47 dB, the data transfer rate was 125 Mbps in full duplex mode with a digital error level of 10 -9 and a range of 50 meters, the viewing angle was +/- 15 degrees and was limited only by the size of the flat front panel. The equipment supports two operating modes - search mode and hold mode. In CCD search mode, the matrix works as an image sensor and provides video transmission to the recording equipment. The control of the rotary device in this mode is carried out manually by the operator. In the hold mode, the matrix enters the state of the angular coordinate sensor. Data from the matrix is processed in the controller, target designations are allocated, which are then sent to the drivers of the drives of the rotary device. In this mode, the equipment in automatic mode keeps pointing to the opposite communication terminal with an accuracy of 0.2 mrad. At the same time, mutual angular displacement of the terminals is allowed at a speed of up to 1 deg / s.

Claims (4)

1. Аппаратура подводной оптической связи, содержащая водонепроницаемый кожух с передней панелью, с установленными внутри кожуха оптическим передатчиком, работающим в спектральном диапазоне 400-700 нм, оптическим приемником, обеспечивающим прием сигналов в указанном диапазоне, а также блоком электроники, обеспечивающим работу приемника и передатчика,
отличающаяся тем, что
приемник и передатчик установлены внутри корпуса на поворотном устройстве, обеспечивающем перемещение по двум угловым ортогональным координатам и с закрепленным на нем и жестко связанным с передатчиком позиционно-чувствительным элементом, в состав электронных блоков введен контроллер определения координат и управления, вход которого соединен с позиционно-чувствительным элементом, а выход с поворотным устройством, при этом угловые апертуры оптических подсистем подчиняются соотношению:
θtR<0p,
где θt - угол расходимости излучения передатчика;
θR - угловое поле зрения приемника;
θp - угловое поле зрения позиционно-чувствительного фотоприемника.
1. Underwater optical communication equipment, comprising a waterproof casing with a front panel, with an optical transmitter installed inside the casing operating in the spectral range 400-700 nm, an optical receiver providing signal reception in the specified range, as well as an electronics unit providing the operation of the receiver and transmitter ,
characterized in that
the receiver and the transmitter are installed inside the housing on a rotary device that provides movement along two angular orthogonal coordinates and with a position-sensitive element fixed to it and rigidly connected to the transmitter, the coordinates and control controller, the input of which is connected to the position-sensitive, is introduced into the electronic blocks element, and the output with a rotary device, while the angular apertures of the optical subsystems obey the relation:
θ tR <0 p ,
where θ t is the angle of divergence of the radiation of the transmitter;
θ R is the angular field of view of the receiver;
θ p is the angular field of view of the position-sensitive photodetector.
2. Аппаратура по п.1, в которой передняя панель выполнена из прозрачного материала.2. The equipment according to claim 1, in which the front panel is made of transparent material. 3. Аппаратура по п.1, в которой передняя панель выполнена в виде части сферы из прозрачного материала, при этом оси вращения поворотного устройства пересекаются в геометрическом центре сферы.3. The equipment according to claim 1, in which the front panel is made in the form of part of a sphere made of transparent material, while the axis of rotation of the rotary device intersect in the geometric center of the sphere. 4. Аппаратура по п.1, в которой позиционно-чувствительный элемент выполнен в виде матричного фотоприемника с установленной перед ним фокусирующей системой. 4. The equipment according to claim 1, in which the position-sensitive element is made in the form of a matrix photodetector with a focusing system installed in front of it.
RU2012133520/07A 2012-08-06 2012-08-06 Underwater optical communication apparatus RU2526207C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133520/07A RU2526207C2 (en) 2012-08-06 2012-08-06 Underwater optical communication apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133520/07A RU2526207C2 (en) 2012-08-06 2012-08-06 Underwater optical communication apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012133520A RU2012133520A (en) 2014-02-20
RU2526207C2 true RU2526207C2 (en) 2014-08-20

Family

ID=50113652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012133520/07A RU2526207C2 (en) 2012-08-06 2012-08-06 Underwater optical communication apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2526207C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021118345A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-17 Fnv Ip B.V. Underwater Optical Communication Unit

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7953326B2 (en) * 2006-02-06 2011-05-31 Woods Hole Oceanographic Institution Systems and methods for underwater optical communication
RU2445733C2 (en) * 2010-05-11 2012-03-20 ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Submarine digital fibre-optic cable communication system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7953326B2 (en) * 2006-02-06 2011-05-31 Woods Hole Oceanographic Institution Systems and methods for underwater optical communication
RU2445733C2 (en) * 2010-05-11 2012-03-20 ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Submarine digital fibre-optic cable communication system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US@007/183782 A1, 09.08.2007. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021118345A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-17 Fnv Ip B.V. Underwater Optical Communication Unit
NL2024411B1 (en) * 2019-12-09 2021-08-31 Fnv Ip Bv Underwater Optical Communication Unit
US11824582B2 (en) 2019-12-09 2023-11-21 Fnv Ip B.V. Underwater optical communication unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012133520A (en) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3424279B1 (en) Curved array of light-emitting elements for sweeping out an angular range
US11428814B1 (en) Optical ground tracking apparatus, systems, and methods for use with buried utility locators
WO2020062909A1 (en) Control method and apparatus, time-of-flight device, terminal, and computer readable storage medium
JP2003202215A (en) Photoelectron detection apparatus
KR101884781B1 (en) Three dimensional scanning system
US20110150493A1 (en) Optical module
WO2021208582A1 (en) Calibration apparatus, calibration system, electronic device and calibration method
CN207081834U (en) A kind of correlation photoelectric sensor
Carver et al. Sunflower: locating underwater robots from the air
RU2526207C2 (en) Underwater optical communication apparatus
Watson et al. Assessment of laser tracking and data transfer for underwater optical communications
CN106357347B (en) Optical communication, audio transmission and charging system
CN113325392A (en) Wide-angle TOF module and application thereof
CN208314203U (en) A kind of transmitting camera lens, face battle array laser radar and mobile platform
GB2573637A (en) Underwater laser light source
CN111602084A (en) Spatial multiplexing scheme
KR20210029269A (en) 3D image generating apparatus and method
Tsui et al. Using a Time of Flight method for underwater 3-dimensional depth measurements and point cloud imaging
CN112153184A (en) Mobile terminal
WO2022141097A1 (en) Electric heating infrared window of laser radar, laser radar, and movable platform
CN209783873U (en) stray light detection device of TOF camera
RU2573245C2 (en) Method for contactless control using polarisation marker and system therefor
CN208125915U (en) A kind of face battle array laser radar and mobile platform
CN113075681A (en) Scanning device and scanning measurement system
CN214276825U (en) Scanning measurement system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150807