CN107819518A - 一种利用线形激光实现船舰通信的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用线形激光实现船舰通信的方法与装置，发送方发射激光束搜索接收方，当接收到接收方反射回的信标光确定相互之间的位置后开始建立通信光路；发送方对接收方的方位进行实时跟踪并适时调整通信光路，实现稳定的信息通信，本发明本发明采用线性激光作为信标光，实现了舰船之间的光路连接建立，并通过实时光斑扫描实现了光路连接的维持，能够使得激光通信替代传统的灯光通信，提高通信速率。
Description
技术领域
本发明属于船舰通信技术领域。具体涉及一种利用线形激光实现船舰通信的方法与装置。
背景技术
国内目前的大多数船舰仍采用灯光通信，具体操作为水手利用手持或者照探灯发送信号，接收方是信号兵用肉眼观察灯光闪烁序列，人工识别后再翻译出信号内容。这种方法通信速率和效率极低，并且人员配置要求高。
传统的灯光通信远不能满足现代化海战的需求，在舰船间使用光通信是一种有潜力的解决方案。然而，舰船之间的光通信需要稳定的光路连接，由于舰船在执行任务时会发生相对运动，需要能够维持舰船间光路连接的技术手段。针对现在大多使用的灯光通信，存在通信速率、效率极低，并且人员配置要求高的缺陷。
发明内容
本发明提出一种利用线形激光实现船舰通信的方法与装置，采用线性激光作为信标光，实现了舰船之间的光路连接建立，并通过实时光斑扫描实现了光路连接的维持，实现了舰船间的激光通信光路的建立，能够使得激光通信替代传统的灯光通信，提高通信速率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用线形激光实现船舰通信装置，包括发射方的发射端设备和接收方的接收端设备；
所述发射端设备包括：信标光发射系统、激光接收装置、计算机控制系统一、光路调整系统、信号调制系统一、信号光发射系统一、信号解调系统一；其中，信标光发射系统在计算机控制系统一的控制下发射线形扫描激光；激光接收装置用于接收由接收方的镜面反射装置反射回来的信标光，并将反射回来的信标光信息反馈给计算机控制系统一；计算机控制系统一根据所接收到的信标光信息进行分析，确定信标光发射方向信息并反馈给光路调整系统；光路调整系统根据信标光发射方向对信号光发射系统的光路方向进行调整，从而与接收方船舶建立稳定的通信光路；信号调制系统一把需要传送的通信信息调制并加载到信号光发射系统发射的激光信号上作为信号光；信号光发射系统一将调制好的信号光发射给接收方的激光接收传感装置；信号解调系统一接收接收方发送的信号光，并解调出接收方发送的通信信息，然后将通信信息反馈给计算机控制系统一；
所述接收端设备包括：镜面反射装置、计算机控制系统二、信号解调系统二、激光接收传感器装置、信号光发射系统二、信号调制系统二；其中，镜面反射装置接收线形扫描激光并进行反射；激光接收传感器装置用于接收发射方发射的信号光，并将光信号转换为电信号，然后将电信号发送给信号解调系统二；信号解调系统二对电信号进行解调获取通信信息，并将通信信息发送给计算机控制系统二；计算机控制系统二根据通信内容进行数据处理，并将要传送的通信信息发送给信号调制系统二；信号调制系统二将计算机控制系统二发送的通信信息调制并加载到信号光发射系统二发射的激光信号上作为信号光；信号光发射系统二将调制好的信号光发射给发送方的信号解调系统一。
进一步，所述信标光发射系统包括激光器以及振镜一，激光器用于在计算机控制系统一的控制下发射线形激光，振镜一用于控制线形激光的发射方向。
进一步，所述激光接收装置包括CCD相机以及CCD控制器，CCD相机在CCD控制器的控制下获取反射回来的信标光光斑平均光强和光斑最强处在CCD相机上所处的位置。
进一步，所述信号光发射系统一和信号光发射系统二均包括一振镜二，用于控制信号光的光路方向。
进一步，当激光接收装置接收到反射回来的信标光后，计算机控制系统一分析信标光的光斑位置，并控制信标光发射系统中的振镜一微调信标光发射方向，确保光斑位置处于CCD相机的中心位置。
进一步，计算机控制系统一调整信号光发射系统一发射信号光的方向，使得信号光与信标光方向一致；计算机控制系统二根据接收到的信号光发射方向信息调整接收方的信号光发射系统二的信号光发射方向，使之与发送方的信号光发射方向反向平行。
本发明还提出一种利用线形激光实现船舰通信方法，包括发射方的发射端设备和接收方的接收端设备；所述发射端设备包括：信标光发射系统、激光接收装置、计算机控制系统一、光路调整系统、信号调制系统一、信号光发射系统一、信号解调系统一；其中，信标光发射系统在计算机控制系统一的控制下发射线形扫描激光；激光接收装置接收由接收方的镜面反射装置反射回来的信标光，并将反射回来的信标光信息反馈给计算机控制系统一；计算机控制系统一根据所接收到的信标光信息进行分析，确定信标光发射方向信息并反馈给光路调整系统；光路调整系统根据信标光发射方向对信号光发射系统的光路方向进行调整，从而与接收方船舶建立稳定的通信光路；信号调制系统一把需要传送的通信信息调制并加载到信号光发射系统发射的激光信号上作为信号光；信号光发射系统一将调制好的信号光发射给接收方的激光接收传感装置；信号解调系统一接收接收方发送的信号光，并解调出接收方发送的通信信息，然后将通信信息反馈给计算机控制系统一；
所述接收端设备包括：镜面反射装置、计算机控制系统二、信号解调系统二、激光接收传感器装置、信号光发射系统二、信号调制系统二；其中，镜面反射装置接收线形扫描激光并进行反射；激光接收传感器装置接收发射方发射的信号光，并将光信号转换为电信号，然后将电信号发送给信号解调系统二；信号解调系统二对电信号进行解调获取通信信息，并将通信信息发送给计算机控制系统二；计算机控制系统二根据通信内容进行数据处理，并将要传送的通信信息发送给信号调制系统二；信号调制系统二将计算机控制系统二发送的通信信息调制并加载到信号光发射系统二发射的激光信号上作为信号光；信号光发射系统二将调制好的信号光发射给发送方的信号解调系统一。
进一步，所述信标光发射系统包括激光器以及振镜一，激光器在计算机控制系统一的控制下发射线形激光，振镜一用于控制线形激光的发射方向；所述信号光发射系统一和信号光发射系统二均包括一振镜二，用于控制信号光的光路方向。
进一步，所述激光接收装置包括CCD相机以及CCD控制器，CCD相机在CCD控制器的控制下获取反射回来的信标光光斑平均光强和光斑最强处在CCD相机上所处的位置。
进一步，当激光接收装置接收到反射回来的信标光后，计算机控制系统一分析信标光的光斑位置，并控制信标光发射系统中的振镜一微调信标光发射方向，确保光斑位置处于CCD相机的中心位置；计算机控制系统一调整信号光发射系统一发射信号光的方向，使得信号光与信标光方向一致；计算机控制系统二根据接收到的信号光发射方向信息调整接收方的信号光发射系统二的信号光发射方向，使之与发送方的信号光发射方向反向平行。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，(1)通信光路建立速度快，本发明采用线形激光作为信标光，可以产生垂直于水平面的扇面激光束，经过单次水平扫描即可发现目标，因此能够快速进行目标定位，从而建立通信关系；(2)通信光路稳定性强，本发明采用了线形激光持续扫描，能够实时监测信标光的光斑位置变化，当光路偏离最佳通信位置时，能够实时通过振镜调整光路方向，使得光路处于最佳状态。
附图说明
图1是本发明利用线形激光实现船舰通信的装置组成示意图。
图2是本发明扫描光路示意图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明利用线形激光实现船舰通信的方法与装置的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
本发明通过通信发送方发射激光束搜索接收方，当接收到接收方反射回的信标光确定相互之间的位置后开始建立通信。通信发送方对接收方的方位进行实时跟踪并进行相应的光路调整，实现稳定的通信光路。以此完成激光通信过程。结合附图，利用线形激光实现船舰通信的装置，包括发射方的发射端设备和接收方的接收端设备；
发射端设备包括：信标光发射系统、激光接收装置、计算机控制系统一、光路调整系统、信号调制系统一、信号光发射系统一、信号解调系统一；其中，
信标光发射系统，包括激光器以及振镜一，激光器在计算机控制系统一的控制下发射激光，所发射激光通过振镜投射线形激光作为信标光对接收方船舶进行扫描，；
激光接收装置，包括CCD相机以及CCD控制器，用于接收由接收方的镜面反射装置反射回来的信标光，并将反射回来的信标光信息反馈给计算机控制系统一；
计算机控制系统一，根据所接收到的信标光信息进行分析，确定信标光发射方向从而获取接收方船舶的位置信息，并把接收方船舶的位置信息反馈给光路调整系统；
光路调整系统，根据收方船舶的位置信息对信号光发射系统的光路方向进行调整，从而与接收方船舶建立稳定的通信光路；
信号调制系统一，把需要传送的通信信息调制并加载到信号光发射系统发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统一，包括振镜二，其根据光路调整系统以及信号调制系统的信号，将调制好的信号光发射给接收方的激光接收传感装置；
信号解调系统一，接收接收方船舶发送的信号光，并解调出接收方发送的通信信息，然后将通信信息反馈给计算机控制系统一。
接收端设备包括：镜面反射装置、计算机控制系统二、信号解调系统二、激光接收传感器装置、信号光发射系统二、信号调制系统二；其中，
镜面反射装置，包括角反射镜，接收线形扫描激光并进行反射；
激光接收传感器装置，用以接收发射方发射的信号光，并将光信号转换为电信号，然后将电信号发送给信号解调系统二；
信号解调系统二，对电信号进行解调获取通信信息，并将通信信息发送给计算机控制系统二；
计算机控制系统二，根据通信内容，进行数据处理，将要传送的通信信息发送给信号调制系统二；
信号调制系统二，将计算机控制系统二发送的通信信息调制并加载到信号光发射系统二发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统二，将调制好的信号光发射给发送方的信号解调系统一。
信标光的扫描光路如图2所示，其中发送方船舶1上设置有信标光发射系统3和激光接收装置5，激光接收装置5由矩形CCD及其控制器构成，在接收方船舶2上设置有角反射镜4。信标光光路扫描时保持线形激光平面垂直于xoy平面，当信标光到接收方船舶2后，光束的一部分经过角反射镜4反射后返回到矩形CCD上，由CCD控制器获取反射光光斑平均光强和光斑最强处在CCD上所处的位置。
本发明中，采用线形激光进行接收方船舶的捕获与定位。发送方利用线形激光作为信标光，由信标光发射系统产生垂直于水平面的扇面光束，沿水平方向控制扇面光束进行扫描，当光线投射在接收方船舶上的角反射镜上时，信标光由角反镜反射后返回发送方。发送方的激光接收装置中，CCD相机在CCD控制器的控制下探测信标光信号并记录信标光的光斑位置，激光接收装置将信标光信号和光斑位置信息处理后发送给计算机控制系统一。计算机控制系统一通过分析是否接收到信标光来进行初步确定信标光发射方向。如果没有接收到信标光，则持续进行线形激光扫描。如果接收到信标光，则分析信标光的光斑位置，并控制信标光发射系统中的振镜一微调信标光发射方向，确保光斑位置处于CCD相机的中心位置，以精确定位出信标光发射方向。
精确定位出信标光发射方向后，在发送方，计算机控制系统一调整信号光发射系统一发射信号光的方向，即计算机控制系统一(16)调整信号光发射系统一中的振镜二(7)来控制信号光的发射方向，使得信号光与信标光方向一致。发送方信号调制系统一将计算机控制系统一发来的信号光发射方向信息和其他需要传输的通信信息调制在信号光上，通过信号光发送到接收方。接收方的激光接收传感器装置接收到信号光后，经过信号解调系统取得通信信息，发送给接收方的计算机控制系统二进行进一步处理。接收方根据接收到的信号光发射方向信息调整接收方的信号光发射系统二的信号光发射方向，使之与发射方的信号光发射方向反向平行。接收方的通信信息经调制后发送，由发送方的信号解调系统一接收并实现信息解调。在整个通信过程中，发射方的激光接收装置始终检测接收方反射的信标光的位置，当发生偏移时，通过调整信标光发射方向，使信标光位置保持不变，同时根据这个发射方向调整发送方和接收方的信号光发射系统的光发射方向，确保信号光稳定接收。
激光通信易受大气的影响。本发明在激光光源的选择上综合考虑了大气衰减、背景光辐射噪声，闪烁效应等因素，并结合实际情况，且为了降低成本，选择靠近800nm波段的808nm激光器作为光源，并在激光接收装置的收探测器前面添加一个窄带滤光片来消除抑制背景光的不足。
Claims (10)
1.一种利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，包括发射方的发射端设备和接收方的接收端设备；
所述发射端设备包括：信标光发射系统、激光接收装置、计算机控制系统一、光路调整系统、信号调制系统一、信号光发射系统一、信号解调系统一；其中，
信标光发射系统在计算机控制系统一的控制下发射线形扫描激光；
激光接收装置用于接收由接收方的镜面反射装置反射回来的信标光，并将反射回来的信标光信息反馈给计算机控制系统一；
计算机控制系统一根据所接收到的信标光信息进行分析，确定信标光发射方向信息并反馈给光路调整系统；
光路调整系统根据信标光发射方向对信号光发射系统的光路方向进行调整，从而与接收方船舶建立稳定的通信光路；
信号调制系统一把需要传送的通信信息调制并加载到信号光发射系统发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统一将调制好的信号光发射给接收方的激光接收传感装置；
信号解调系统一接收接收方发送的信号光，并解调出接收方发送的通信信息，然后将通信信息反馈给计算机控制系统一；
所述接收端设备包括：镜面反射装置、计算机控制系统二、信号解调系统二、激光接收传感器装置、信号光发射系统二、信号调制系统二；其中，
镜面反射装置接收线形扫描激光并进行反射；
激光接收传感器装置用于接收发射方发射的信号光，并将光信号转换为电信号，然后将电信号发送给信号解调系统二；
信号解调系统二对电信号进行解调获取通信信息，并将通信信息发送给计算机控制系统二；
计算机控制系统二根据通信内容进行数据处理，并将要传送的通信信息发送给信号调制系统二；
信号调制系统二将计算机控制系统二发送的通信信息调制并加载到信号光发射系统二发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统二将调制好的信号光发射给发送方的信号解调系统一。
2.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，所述信标光发射系统包括激光器以及振镜一，激光器用于在计算机控制系统一的控制下发射线形激光，振镜一用于控制线形激光的发射方向。
3.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，所述激光接收装置包括CCD相机以及CCD控制器，CCD相机在CCD控制器的控制下获取反射回来的信标光光斑平均光强和光斑最强处在CCD相机上所处的位置。
4.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，所述信号光发射系统一和信号光发射系统二均包括一振镜二，用于控制信号光的光路方向。
5.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，当激光接收装置接收到反射回来的信标光后，计算机控制系统一分析信标光的光斑位置，并控制信标光发射系统中的振镜一微调信标光发射方向，确保光斑位置处于CCD相机的中心位置。
6.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，计算机控制系统一调整信号光发射系统一发射信号光的方向，使得信号光与信标光方向一致；计算机控制系统二根据接收到的信号光发射方向信息调整接收方的信号光发射系统二的信号光发射方向，使之与发送方的信号光发射方向反向平行。
7.一种利用线形激光实现船舰通信方法，其特征在于，包括发射方的发射端设备和接收方的接收端设备；
所述发射端设备包括：信标光发射系统、激光接收装置、计算机控制系统一、光路调整系统、信号调制系统一、信号光发射系统一、信号解调系统一；其中，
信标光发射系统在计算机控制系统一的控制下发射线形扫描激光；
激光接收装置接收由接收方的镜面反射装置反射回来的信标光，并将反射回来的信标光信息反馈给计算机控制系统一；
计算机控制系统一根据所接收到的信标光信息进行分析，确定信标光发射方向信息并反馈给光路调整系统；
光路调整系统根据信标光发射方向对信号光发射系统的光路方向进行调整，从而与接收方船舶建立稳定的通信光路；
信号调制系统一把需要传送的通信信息调制并加载到信号光发射系统发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统一将调制好的信号光发射给接收方的激光接收传感装置；
信号解调系统一接收接收方发送的信号光，并解调出接收方发送的通信信息，然后将通信信息反馈给计算机控制系统一；
所述接收端设备包括：镜面反射装置、计算机控制系统二、信号解调系统二、激光接收传感器装置、信号光发射系统二、信号调制系统二；其中，
镜面反射装置接收线形扫描激光并进行反射；
激光接收传感器装置接收发射方发射的信号光，并将光信号转换为电信号，然后将电信号发送给信号解调系统二；
信号解调系统二对电信号进行解调获取通信信息，并将通信信息发送给计算机控制系统二；
计算机控制系统二根据通信内容进行数据处理，并将要传送的通信信息发送给信号调制系统二；
信号调制系统二将计算机控制系统二发送的通信信息调制并加载到信号光发射系统二发射的激光信号上作为信号光；
信号光发射系统二将调制好的信号光发射给发送方的信号解调系统一。
8.如权利要求7所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，所述信标光发射系统包括激光器以及振镜一，激光器在计算机控制系统一的控制下发射线形激光，振镜一用于控制线形激光的发射方向；所述信号光发射系统一和信号光发射系统二均包括一振镜二，用于控制信号光的光路方向。
9.如权利要求7所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，所述激光接收装置包括CCD相机以及CCD控制器，CCD相机在CCD控制器的控制下获取反射回来的信标光光斑平均光强和光斑最强处在CCD相机上所处的位置。
10.如权利要求1所述利用线形激光实现船舰通信装置，其特征在于，当激光接收装置接收到反射回来的信标光后，计算机控制系统一分析信标光的光斑位置，并控制信标光发射系统中的振镜一微调信标光发射方向，确保光斑位置处于CCD相机的中心位置；计算机控制系统一调整信号光发射系统一发射信号光的方向，使得信号光与信标光方向一致；计算机控制系统二根据接收到的信号光发射方向信息调整接收方的信号光发射系统二的信号光发射方向，使之与发送方的信号光发射方向反向平行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180320 |