CN105897343A - 一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法 - Google Patents

一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线光电通信系统，具体是一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法。本发明解决了现有无线光电通信系统通信质量差的问题。一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置，包括发射端、接收端、告警电路、云台、基座、壳体；所述发射端包括发射端电路、激光器、激光扩束镜、光调制器、发射端光学天线；所述发射端电路包括信源输入端口、发射端MCU、发射端DSP、光调制器控制芯片；所述接收端包括接收端光学天线、位置敏感探测器、光电传感器、接收端电路；所述接收端光学天线包括会聚准直透镜、分束镜；所述接收端电路包括接收端MCU、接收端DSP、信宿输出端口。本发明适用于数据网、电话网、微蜂网、微微蜂窝网等领域。

Description

一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法
技术领域
本发明涉及无线光电通信系统，具体是一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法。
背景技术
无线光电通信系统是一种结合电光转换和光电转换技术并以光波为载波的通信系统，其广泛应用于数据网、电话网、微蜂网、微微蜂窝网等领域。在现有技术条件下，无线光电通信系统一般由信号源、发射端、接收端组成。实践表明，现有无线光电通信系统由于自身结构所限，存在通信质量差的问题。具体而言，现有无线光电通信系统在工作过程中，其发射端和接收端无法持续地保持正对（当发射端和接收端正对时，信号误码率最低），导致信号误码率高，由此导致信号传输质量不稳定，从而导致通信质量差。为此有必要发明一种全新的无线光电通信系统，以解决现有无线光电通信系统通信质量差的问题。
发明内容
本发明为了解决现有无线光电通信系统通信质量差的问题，提供了一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置，包括发射端、接收端、告警电路、云台、基座、壳体；
所述发射端包括发射端电路、激光器、激光扩束镜、光调制器、发射端光学天线；
所述发射端电路包括信源输入端口、发射端MCU、发射端DSP、光调制器控制芯片；
所述接收端包括接收端光学天线、位置敏感探测器、光电传感器、接收端电路；
所述接收端光学天线包括会聚准直透镜、分束镜；
所述接收端电路包括接收端MCU、接收端DSP、信宿输出端口；
其中，信源输入端口与发射端MCU双向连接；信源输入端口的输出端与发射端DSP的输入端连接；发射端MCU分别与发射端DSP和接收端MCU双向连接；发射端MCU的输出端与激光器的输入端连接；发射端DSP的输出端与光调制器控制芯片的输入端连接；光调制器控制芯片的输出端与光调制器的输入端连接；激光器的输出端与激光扩束镜的输入端连接；激光扩束镜的输出端与光调制器的输入端连接；光调制器的输出端与发射端光学天线的输入端连接；
会聚准直透镜的出射面与分束镜的入射面相对；分束镜的两个出射面分别与位置敏感探测器的入射端和光电传感器的入射端相对；位置敏感探测器的输出端与接收端MCU的输入端连接；接收端MCU分别与接收端DSP和信宿输出端口双向连接；接收端MCU的输出端分别与告警电路的输入端和云台的输入端连接；光电传感器的输出端与接收端DSP的输入端连接；接收端DSP的输出端与信宿输出端口的输入端连接；
发射端电路、激光器、激光扩束镜、光调制器、位置敏感探测器、光电传感器、接收端电路、告警电路均封装于壳体内；发射端光学天线、接收端光学天线均贯穿镶嵌于壳体的腔壁上；发射端、接收端、云台的底座固定于基座的上表面；云台的承载板固定于壳体的下表面。
一种自动定向追踪并反馈的光电通信方法（该方法在本发明所述的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置中实现），该方法是采用如下步骤实现的：
a.在通信A方和通信B方分别安装一台光电通信装置；光电通信装置上电后，发射端MCU和接收端MCU均执行初始化程序；
b.来自信源的电信号经由通信A方的信源输入端口分别加载至发射端MCU和发射端DSP；此时，发射端MCU控制激光器启动；激光器产生点光源，该点光源投射至激光扩束镜；激光扩束镜将点光源扩散为均匀面光源，该均匀面光源投射至光调制器；与此同时，发射端DSP对电信号进行处理并生成LVDS信号，然后将电信号和LVDS信号均发送至光调制器控制芯片；LVDS信号驱动光调制器控制芯片，光调制器控制芯片将电信号发送至光调制器，并控制光调制器启动；然后，光调制器以均匀面光源为载波，将电信号调制编码为光信号，并将光信号发送至发射端光学天线；发射端光学天线将光信号定向发射出去；
c.来自通信A方的发射端光学天线的光信号投射至通信B方的会聚准直透镜；会聚准直透镜将光信号转换为准直平行光信号，该准直平行光信号投射至分束镜；分束镜将准直平行光信号分为两束相同的光信号，该两束相同的光信号分别投射至位置敏感探测器和光电传感器；此时，位置敏感探测器根据光信号测得通信A方的发射端光学天线的方位信息，并将方位信息发送至接收端MCU；接收端MCU根据方位信息控制云台旋转，云台带动会聚准直透镜旋转，使得会聚准直透镜与通信A方的发射端光学天线相互正对；与此同时，光电传感器将光信号转换为电信号，并将电信号发送至接收端DSP；接收端DSP对电信号进行译码解调及校验；若电信号校验通过，则接收端DSP通过信宿输出端口将电信号发送至信宿，同时接收端DSP通过接收端MCU与发射端MCU进行通信，发射端MCU向通信A方发射反馈信号，由此完成本次通信；若电信号校验未通过，则接收端DSP控制告警电路发出告警。
与现有无线光电通信系统相比，本发明所述的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置及方法基于全新的结构和原理，使得接收端能够自动定向追踪发射端并反馈信息给发射端，由此使得发射端和接收端能够持续地保持正对，从而将信号误码率降至了最低，使得信号传输质量更稳定，进而大幅提高了通信质量。
本发明有效解决了现有无线光电通信系统通信质量差的问题，适用于数据网、电话网、微蜂网、微微蜂窝网等领域。
附图说明
图1是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置的内部结构示意图。
图2是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置的外部结构示意图。
图3是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置的发射端电路的结构示意图。
图4是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置的接收端光学天线的结构示意图。
图5是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置的接收端电路的结构示意图。
图6是本发明的一种自动定向追踪并反馈的光电通信方法的流程示意图。
图中：1-发射端，2-接收端，3-告警电路，4-云台，5-基座，6-壳体，11-发射端电路，12-激光器，13-激光扩束镜，14-光调制器，15-发射端光学天线，21-接收端光学天线，22-位置敏感探测器，23-光电传感器，24-接收端电路，111-信源输入端口，112-发射端MCU，113-发射端DSP，114-光调制器控制芯片，211-会聚准直透镜，212-分束镜，241-接收端MCU，242-接收端DSP，243-信宿输出端口。
具体实施方式
一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置，包括发射端1、接收端2、告警电路3、云台4、基座5、壳体6；
所述发射端1包括发射端电路11、激光器12、激光扩束镜13、光调制器14、发射端光学天线15；
所述发射端电路11包括信源输入端口111、发射端MCU112、发射端DSP113、光调制器控制芯片114；
所述接收端2包括接收端光学天线21、位置敏感探测器22、光电传感器23、接收端电路24；
所述接收端光学天线21包括会聚准直透镜211、分束镜212；
所述接收端电路24包括接收端MCU241、接收端DSP242、信宿输出端口243；
其中，信源输入端口111与发射端MCU112双向连接；信源输入端口111的输出端与发射端DSP113的输入端连接；发射端MCU112分别与发射端DSP113和接收端MCU241双向连接；发射端MCU112的输出端与激光器12的输入端连接；发射端DSP113的输出端与光调制器控制芯片114的输入端连接；光调制器控制芯片114的输出端与光调制器14的输入端连接；激光器12的输出端与激光扩束镜13的输入端连接；激光扩束镜13的输出端与光调制器14的输入端连接；光调制器14的输出端与发射端光学天线15的输入端连接；
会聚准直透镜211的出射面与分束镜212的入射面相对；分束镜212的两个出射面分别与位置敏感探测器22的入射端和光电传感器23的入射端相对；位置敏感探测器22的输出端与接收端MCU241的输入端连接；接收端MCU241分别与接收端DSP242和信宿输出端口243双向连接；接收端MCU241的输出端分别与告警电路3的输入端和云台4的输入端连接；光电传感器23的输出端与接收端DSP242的输入端连接；接收端DSP242的输出端与信宿输出端口243的输入端连接；
发射端电路11、激光器12、激光扩束镜13、光调制器14、位置敏感探测器22、光电传感器23、接收端电路24、告警电路3均封装于壳体6内；发射端光学天线15、接收端光学天线21均贯穿镶嵌于壳体6的腔壁上；发射端1、接收端2、云台4的底座固定于基座5的上表面；云台4的承载板固定于壳体6的下表面。
该装置是基于位置敏感探测器22实现的：来自通信A方的光信号经通信B方的接收端光学天线21接收后投射到位置敏感探测器22，位置敏感探测器22根据光信号测得通信A方的方位信息。
一种自动定向追踪并反馈的光电通信方法（该方法在本发明所述的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置中实现），该方法是采用如下步骤实现的：
a.在通信A方和通信B方分别安装一台光电通信装置；光电通信装置上电后，发射端MCU112和接收端MCU241均执行初始化程序；
b.来自信源的电信号经由通信A方的信源输入端口111分别加载至发射端MCU112和发射端DSP113；此时，发射端MCU112控制激光器12启动；激光器12产生点光源，该点光源投射至激光扩束镜13；激光扩束镜13将点光源扩散为均匀面光源，该均匀面光源投射至光调制器14；与此同时，发射端DSP113对电信号进行处理并生成LVDS信号，然后将电信号和LVDS信号均发送至光调制器控制芯片114；LVDS信号驱动光调制器控制芯片114，光调制器控制芯片114将电信号发送至光调制器14，并控制光调制器14启动；然后，光调制器14以均匀面光源为载波，将电信号调制编码为光信号，并将光信号发送至发射端光学天线15；发射端光学天线15将光信号定向发射出去；
c.来自通信A方的发射端光学天线15的光信号投射至通信B方的会聚准直透镜211；会聚准直透镜211将光信号转换为准直平行光信号，该准直平行光信号投射至分束镜212；分束镜212将准直平行光信号分为两束相同的光信号，该两束相同的光信号分别投射至位置敏感探测器22和光电传感器23；此时，位置敏感探测器22根据光信号测得通信A方的发射端光学天线15的方位信息，并将方位信息发送至接收端MCU241；接收端MCU241根据方位信息控制云台4旋转，云台4带动会聚准直透镜211旋转，使得会聚准直透镜211与通信A方的发射端光学天线15相互正对；与此同时，光电传感器23将光信号转换为电信号，并将电信号发送至接收端DSP242；接收端DSP242对电信号进行译码解调及校验；若电信号校验通过，则接收端DSP242通过信宿输出端口243将电信号发送至信宿，同时接收端DSP242通过接收端MCU241与发射端MCU112进行通信，发射端MCU112向通信A方发射反馈信号，由此完成本次通信；若电信号校验未通过，则接收端DSP242控制告警电路3发出告警。
具体实施时，所述云台4为360度全景云台。所述壳体6为三棱柱状壳体。

Claims (3)

1.一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置，其特征在于：包括发射端（1）、接收端（2）、告警电路（3）、云台（4）、基座（5）、壳体（6）；
所述发射端（1）包括发射端电路（11）、激光器（12）、激光扩束镜（13）、光调制器（14）、发射端光学天线（15）；
所述发射端电路（11）包括信源输入端口（111）、发射端MCU（112）、发射端DSP（113）、光调制器控制芯片（114）；
所述接收端（2）包括接收端光学天线（21）、位置敏感探测器（22）、光电传感器（23）、接收端电路（24）；
所述接收端光学天线（21）包括会聚准直透镜（211）、分束镜（212）；
所述接收端电路（24）包括接收端MCU（241）、接收端DSP（242）、信宿输出端口（243）；
其中，信源输入端口（111）与发射端MCU（112）双向连接；信源输入端口（111）的输出端与发射端DSP（113）的输入端连接；发射端MCU（112）分别与发射端DSP（113）和接收端MCU（241）双向连接；发射端MCU（112）的输出端与激光器（12）的输入端连接；发射端DSP（113）的输出端与光调制器控制芯片（114）的输入端连接；光调制器控制芯片（114）的输出端与光调制器（14）的输入端连接；激光器（12）的输出端与激光扩束镜（13）的输入端连接；激光扩束镜（13）的输出端与光调制器（14）的输入端连接；光调制器（14）的输出端与发射端光学天线（15）的输入端连接；
会聚准直透镜（211）的出射面与分束镜（212）的入射面相对；分束镜（212）的两个出射面分别与位置敏感探测器（22）的入射端和光电传感器（23）的入射端相对；位置敏感探测器（22）的输出端与接收端MCU（241）的输入端连接；接收端MCU（241）分别与接收端DSP（242）和信宿输出端口（243）双向连接；接收端MCU（241）的输出端分别与告警电路（3）的输入端和云台（4）的输入端连接；光电传感器（23）的输出端与接收端DSP（242）的输入端连接；接收端DSP（242）的输出端与信宿输出端口（243）的输入端连接；
发射端电路（11）、激光器（12）、激光扩束镜（13）、光调制器（14）、位置敏感探测器（22）、光电传感器（23）、接收端电路（24）、告警电路（3）均封装于壳体（6）内；发射端光学天线（15）、接收端光学天线（21）均贯穿镶嵌于壳体（6）的腔壁上；发射端（1）、接收端（2）、云台（4）的底座固定于基座（5）的上表面；云台（4）的承载板固定于壳体（6）的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置，其特征在于：该装置是基于位置敏感探测器（22）实现的：来自通信A方的光信号经通信B方的接收端光学天线（21）接收后投射到位置敏感探测器（22），位置敏感探测器（22）根据光信号测得通信A方的方位信息。
3.一种自动定向追踪并反馈的光电通信方法，该方法在如权利要求1所述的一种自动定向追踪并反馈的光电通信装置中实现，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
a.在通信A方和通信B方分别安装一台光电通信装置；光电通信装置上电后，发射端MCU（112）和接收端MCU（241）均执行初始化程序；
b.来自信源的电信号经由通信A方的信源输入端口（111）分别加载至发射端MCU（112）和发射端DSP（113）；此时，发射端MCU（112）控制激光器（12）启动；激光器（12）产生点光源，该点光源投射至激光扩束镜（13）；激光扩束镜（13）将点光源扩散为均匀面光源，该均匀面光源投射至光调制器（14）；与此同时，发射端DSP（113）对电信号进行处理并生成LVDS信号，然后将电信号和LVDS信号均发送至光调制器控制芯片（114）；LVDS信号驱动光调制器控制芯片（114），光调制器控制芯片（114）将电信号发送至光调制器（14），并控制光调制器（14）启动；然后，光调制器（14）以均匀面光源为载波，将电信号调制编码为光信号，并将光信号发送至发射端光学天线（15）；发射端光学天线（15）将光信号定向发射出去；
c.来自通信A方的发射端光学天线（15）的光信号投射至通信B方的会聚准直透镜（211）；会聚准直透镜（211）将光信号转换为准直平行光信号，该准直平行光信号投射至分束镜（212）；分束镜（212）将准直平行光信号分为两束相同的光信号，该两束相同的光信号分别投射至位置敏感探测器（22）和光电传感器（23）；此时，位置敏感探测器（22）根据光信号测得通信A方的发射端光学天线（15）的方位信息，并将方位信息发送至接收端MCU（241）；接收端MCU（241）根据方位信息控制云台（4）旋转，云台（4）带动会聚准直透镜（211）旋转，使得会聚准直透镜（211）与通信A方的发射端光学天线（15）相互正对；与此同时，光电传感器（23）将光信号转换为电信号，并将电信号发送至接收端DSP（242）；接收端DSP（242）对电信号进行译码解调及校验；若电信号校验通过，则接收端DSP（242）通过信宿输出端口（243）将电信号发送至信宿，同时接收端DSP（242）通过接收端MCU（241）与发射端MCU（112）进行通信，发射端MCU（112）向通信A方发射反馈信号，由此完成本次通信；若电信号校验未通过，则接收端DSP（242）控制告警电路（3）发出告警。
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