CN108183747A - 采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，属于远程控制技术领域，为了解决现有技术通过远程信息传输并采用计算机/服务器对远端设备进行实时监测和大量数据的控制端处理，效率较低的问题，该系统由主机端、远程控制终端及长波长空间信息传输装置三部分组成，长波长空间信息传输装置将主机端的数字视频DVI信号、数据信号和指令进行空间传输至远程控制终端，并在远程控制终端通过长波长空间信息传输装置控制主机端工作；可应用于超净环境、极端环境设备工作的，并跨越山区、海岛、湖泊等远程服务器控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，属于远程控制技术领域，可应用于超净环境、极端环境设备工作的，并跨越山区、海岛、湖泊等远程服务器控制领域。
背景技术
远距离超净环境、不适于人员现场工作的极端环境中工作的设备，目前多通过远程信息传输并采用计算机/服务器对远端设备进行实时监测和大量数据的控制端处理，效率较低。为了提高数据处理效率和设备效能，采用现场计算机/服务器对大量数据进行处理，通过远程控制终端的外设设备对主机端的计算机/服务器进行操作控制，通过长距离信号传输连接远程控制终端和主机端，是较好的解决方案。对信息传输链路跨越山区、海岛、湖泊等较难铺设光缆、电缆等设施的地区，采取空间信息传输的手段。射频和微波通信在带宽、传输距离、抗干扰等方面无法与自由空间光通信技术相比，空间光通信适用于山区、海岛、湖泊等人烟稀少的地区，而长波长自由空间光通信链路能够保证较好的大气穿透能力，是较好的空间光通信方法。
将远程控制技术与长波长自由空间激光通信技术结合，使视频、音频、数据与激光通信技术的结合在远距离控制系统中发挥了长处，使得以后的远程监测、远程管理、网络远程接入等有了更美好的前景，在通用通信系统和专用通信系统中都将有很好的应用。
发明内容
本发明为了解决现有技术通过远程信息传输并采用计算机/服务器对远端设备进行实时监测和大量数据的控制端处理，效率较低的问题，提出一种采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统。本发明采用长波长自由空间激光通信技术实现信息和指令的远程传输。能够穿越高压现场、复杂电磁环境、易燃易爆现场、不便于铺设光缆的山间等，通过远程控制终端对计算机主机进行无线操作和控制。
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征是，该系统由主机端、远程控制终端及长波长空间信息传输装置三部分组成，长波长空间信息传输装置将主机端的数字视频DVI信号、数据信号和指令进行空间传输至远程控制终端，并在远程控制终端通过长波长空间信息传输装置控制主机端工作。
所述主机端，主控制计算机/服务器与协议分析和信号处理单元通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口连接，协议分析和信号处理单元与数字编码单元连接，数字编码单元与时分复用单元连接；
所述远程控制终端，解复用单元与数字解码单元连接，数字解码单元与数据处理和协议分析单元连接，数据处理和协议分析单元与接收增益控制单元连接，接收增益控制单元通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口与终端控制用键盘、终端控制用鼠标、显示终端、备份数据用USB存储器、其它USB设备、打印机连接；
所述长波长空间信息传输装置，长波长激光器与长波长电光调制器连接，长波长电光调制器与掺钬光放大器连接，掺钬光放大器与长波长激光天线一连接，光信号通过自由空间传输后，由长波长激光天线二接收，长波长激光天线二与长波长低噪声前置放大器连接，长波长低噪声前置放大器与光电转换单元连接。
主机端的主控制计算机/服务器的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号通过协议分析和信号处理单元的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口进入协议分析和信号处理单元进行协议解析和信号处理，处理后的键盘、鼠标、数字视频信号和USB信号进入数字编码单元分别进行数字脉冲编码，四路数字脉冲编码后的信号在时分复用单元中时分复用，复用为一组数字脉冲编码信号；
时分复用单元的时分复用数字脉冲编码信号通过长波长电光调制器调制到长波长激光器上，输出长波长数字调制激光信号，长波长数字调制激光信号经掺钬光放大器放大至高功率输出，再经长波长激光天线一发射到自由空间，经过远距离自由空间传输，长波长激光天线二接收到自由空间传输的长波长数字调制激光信号，经长波长低噪声前置放大器放大，并保证信噪比质量，再经光电转换单元将长波长数字调制激光信号变成数字脉冲编码信号，输入远程控制终端进行数字解码；
解时分复用模块对光电转换单元输入的时分复用的数字脉冲编码信号进行解时分复用，输出并行的四路数字信号，再经数字解码单元解码，解码后的信号进入数据处理和协议分析单元中进行数据处理和协议解析，输出四路信号通过接收增益控制单元均衡输出功率，四路信号再分别对终端控制用键盘、终端控制用鼠标、显示终端、备份数据用USB存储器、其它USB设备及打印机进行控制；从而实现远程控制终端通过主控制计算机/服务器的远程操作和控制。
本发明的有益效果是：采用数字信号协议解析和激光数字编码技术实现主机与外设设备控制和数据信号的激光编码调制解调，并采用长波长自由空间激光通信技术进行主机端和远程控制终端的信息传输，可实现无线缆传输的远程无主机实时操作和控制。
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，在远端无主机的情况下，可远程实时显示VGA图像、发送指令，使用键盘和鼠标、U盘备份等。
本发明通信系统的结构简单、成本低、抗干扰，传输速率高、信号质量稳定，能够穿越高压现场、复杂电磁环境、易燃易爆现场、不便于铺设光缆的山间等，可应用于超净环境、极端环境设备工作的，并跨越山区、海岛、湖泊等远程服务器控制领域，通过远程控制终端对计算机主机进行无线操作和控制。
附图说明
图1为采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的主机端结构示意图。
图2为采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的远程控制终端结构示意图。
图3为采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的长波长空间信息传输装置结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步说明。
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，该系统主要由主机端1、远程控制终端2及长波长空间信息传输装置3三部分组成，利用长波长空间信息传输装置3将主机端1的数字视频DVI信号、数据信号、指令等进行空间传输至远程控制终端2，并在远程控制终端2通过长波长空间信息传输装置3控制主机端1工作，可跨越山区、海岛、湖泊等，实现主控制端的主机计算机/服务器的分屏显示和USB数据及多媒体的空间远程传输。在远程终端既可以挂接数码相机、U盘等USB2.0设备，又可以实现数据存储及键盘和鼠标信号的远距离控制，给现场应用带来很大的灵活性。
如图1所示，采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的主机端1，它主要由主控制计算机/服务器10、协议分析和信号处理单元11、数字编码单元12、时分复用单元13组成。
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的主机端1，主控制计算机/服务器10与协议分析和信号处理单元11通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口连接，协议分析和信号处理单元11与数字编码单元12连接，数字编码单元12与时分复用单元13连接。以上连接均采用电缆、数据线。
图2为采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的远程控制终端2结构示意图。主要解复用单元20、由数字解码单元21、数据处理和协议分析单元22、接收增益控制单元23、终端控制用键盘24、终端控制用鼠标25、计算机显示终端26、备份数据用USB存储器27、其它USB设备28、打印机29组成。
远程控制终端2，解复用单元20与数字解码单元21连接，数字解码单元21与数据处理和协议分析单元22连接，数据处理和协议分析单元22与接收增益控制单元23连接，接收增益控制单元23通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口与终端控制用键盘24、终端控制用鼠标25、显示终端26、备份数据用USB存储器27、其它USB设备28、打印机29连接。以上连接均采用电缆、数据线等。
图3为采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的长波长空间信息传输装置3结构示意图。主要由长波长激光器30、长波长电光调制器31、掺钬光放大器32、长波长激光天线一33、长波长激光天线二34、长波长低噪声前置放大器35、光电转换单元36组成。
长波长空间信息传输装置3，长波长激光器30与长波长电光调制器31连接，长波长电光调制器31与掺钬光放大器32连接，掺钬光放大器32与长波长激光天线一33连接，光信号通过自由空间传输后，由长波长激光天线二34接收，长波长激光天线二34与长波长低噪声前置放大器35连接，长波长低噪声前置放大器35与光电转换单元36连接。以上连接均采用光纤连接。
该系统的工作过程：
主机端1的主控制计算机/服务器10的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号通过协议分析和信号处理单元11的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口进入协议分析和信号处理单元11进行协议解析和信号处理，处理后的键盘、鼠标、数字视频信号和USB信号进入数字编码单元12分别进行数字脉冲编码，四路数字脉冲编码后的信号在时分复用单元13中时分复用，复用为一组数字脉冲编码信号。
长波长空间信息传输装置3，主机端的时分复用数字脉冲编码信号通过长波长电光调制器31调制到长波长激光器30上，输出长波长数字调制激光信号，长波长数字调制激光信号经掺钬光放大器32放大至高功率输出，再经长波长激光天线一33发射到自由空间，经过远距离自由空间传输，长波长激光天线二34接收到自由空间传输的长波长数字调制激光信号，经长波长低噪声前置放大器35放大，并保证信噪比质量，再经光电转换单元36将长波长数字调制激光信号变成数字脉冲编码信号，输入远程控制终端2进行数字解码。
采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统的远程控制终端2，解时分复用模块20对光电转换单元36输入的时分复用的数字脉冲编码信号进行解时分复用，输出并行的4路数字脉冲编码信号，再经数字解码单元21解码，解码后的信号进入数据处理和协议分析单元22中进行数据处理和协议解析，输出4路信号通过接收增益控制单元23均衡输出功率，4路信号再分别对终端控制用键盘24、终端控制用鼠标25、显示终端26、备份数据用USB存储器27、其它USB设备28及打印机29进行控制。从而实现远程控制终端2通过长波长自由空间激光传输对主机端1的主控制计算机/服务器10的远程操作和控制。
这样，主机端通过对各种外设控制设备的驱动信号的协议解析、数据处理和激光编码，实现了激光信号的空间远程传输，并在远程终端实现远程控制功能。
本发明整个系统所具备的特点有：
该系统视频采用DVI信号传输，USB设备采用USB2.0接口。电信号连接全部采用航空插头。
长波长激光器30采用半导体激光二极管，波段2.1μm。
发射端的掺钬光放大器32采用1.55μm激光泵浦两级高掺钬光纤，工作波段2.0-2.2μm，输出功率可达1W以上。
接收端的长波长低噪声前置放大器35采用1.55μm泵浦单级低噪声掺钬光纤，工作波段2.0-2.2μm，输出功率5mW。
长波长激光天线一33和长波长激光天线二34均采用20mm口径的格林准直镜结构，镀膜工作波段1.9-2.4μm，可承受功率超过3W。
远距离空间对准采用跟踪经纬仪方法，可实现低于20μrad的对准精度。
发射端和接收端采用拓扑结构，可以实现一发多收和一发一收等多种灵活配置。
在无主机的远程控制端，利用键盘、鼠标、显示器、USB等外设设备，跨越山区、海岛、湖泊等环境，对主机进行远程控制、数据备份和USB数据存储。系统稳定可靠，不需要以太网，无硬盘等不可靠的部件。长波长激光，在跨越山区、海岛、湖泊等环境中，空间传输质量高、保密性好。可以实现多台高速服务器的备份与管理。
Claims (7)
1.采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征是，该系统由主机端(1)、远程控制终端(2)及长波长空间信息传输装置(3)三部分组成，长波长空间信息传输装置(3)将主机端(1)的数字视频DVI信号、数据信号和指令进行空间传输至远程控制终端(2)，并在远程控制终端(2)通过长波长空间信息传输装置(3)控制主机端(1)工作。
2.根据权利要求1所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，所述主机端(1)，主控制计算机/服务器(10)与协议分析和信号处理单元(11)通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口连接，协议分析和信号处理单元(11)与数字编码单元(12)连接，数字编码单元(12)与时分复用单元(13)连接；
所述远程控制终端(2)，解复用单元(20)与数字解码单元(21)连接，数字解码单元(21)与数据处理和协议分析单元(22)连接，数据处理和协议分析单元(22)与接收增益控制单元(23)连接，接收增益控制单元(23)通过键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口与终端控制用键盘(24)、终端控制用鼠标(25)、显示终端(26)、备份数据用USB存储器(27)、其它USB设备(28)、打印机(29)连接；
所述长波长空间信息传输装置(3)，长波长激光器(30)与长波长电光调制器(31)连接，长波长电光调制器(31)与掺钬光放大器(32)连接，掺钬光放大器(32)与长波长激光天线一(33)连接，光信号通过自由空间传输后，由长波长激光天线二(34)接收，长波长激光天线二(34)与长波长低噪声前置放大器(35)连接，长波长低噪声前置放大器(35)与光电转换单元(36)连接。
3.根据权利要求2所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，主机端(1)的主控制计算机/服务器(10)的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号通过协议分析和信号处理单元(11)的键盘、鼠标、数字视频DVI、USB信号接口进入协议分析和信号处理单元(11)进行协议解析和信号处理，处理后的键盘、鼠标、数字视频信号和USB信号进入数字编码单元(12)分别进行数字脉冲编码，四路数字脉冲编码后的信号在时分复用单元(13)中时分复用，复用为一组数字脉冲编码信号；
时分复用单元(13)的时分复用数字脉冲编码信号通过长波长调制器(31)调制到长波长激光器(30)上，输出长波长数字调制激光信号，长波长数字调制激光信号经掺钬光放大器(32)放大至高功率输出，再经长波长激光天线一(33)发射到自由空间，经过远距离自由空间传输，长波长激光天线二(34)接收到自由空间传输的长波长数字调制激光信号，经长波长低噪声前置放大器(35)放大，并保证信噪比质量，再经光电转换单元(36)将长波长数字调制激光信号变成数字脉冲编码信号，输入远程控制终端(2)进行数字解码；
解时分复用模块(20)对光电转换单元(36)输入的时分复用的数字脉冲编码信号进行解时分复用，输出并行的四路数字信号，再经数字解码单元(21)解码，解码后的信号进入数据处理和协议分析单元(22)中进行数据处理和协议解析，输出四路信号通过接收增益控制单元(23)均衡输出功率，四路信号再分别对终端控制用键盘(24)、终端控制用鼠标(25)、显示终端(26)、备份数据用USB存储器(27)、其它USB设备(28)及打印机(29)进行控制；从而实现远程控制终端(2)通过主控制计算机/服务器(10)的远程操作和控制。
4.根据权利要求2或3所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，长波长激光器(30)采用半导体激光二极管，波段2.1μm。
5.根据权利要求2或3所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，发射端的掺钬光放大器(32)采用1.55μm激光泵浦两级高掺钬光纤，工作波段2.0-2.2μm，输出功率可达1W以上。
6.根据权利要求2或3所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，接收端的长波长低噪声前置放大器(35)采用1.55μm泵浦单级低噪声掺钬光纤，工作波段2.0-2.2μm，输出功率5mW。
7.根据权利要求2或3所述的采用长波长自由空间激光通信的远程控制系统，其特征在于，长波长激光天线一(33)和长波长激光天线二(34)均采用20mm口径的格林准直镜结构，镀膜工作波段1.9-2.4μm，可承受功率超过3W。
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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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180619 |