CN112468238A - 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置 - Google Patents

一种水下全光自主信息交互及相对定位装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112468238A
CN112468238A CN202011259853.9A CN202011259853A CN112468238A CN 112468238 A CN112468238 A CN 112468238A CN 202011259853 A CN202011259853 A CN 202011259853A CN 112468238 A CN112468238 A CN 112468238A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
ccd
board
control board
underwater
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN202011259853.9A
Other languages
English (en)
Inventor
范婷威
周田华
陆婷婷
马剑
朱小磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
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 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN202011259853.9A priority Critical patent/CN112468238A/zh
Publication of CN112468238A publication Critical patent/CN112468238A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

一种全光自主信息交互及相对定位装置，由2套水下终端组成，第一终端和第二终端，每套终端包括激光发射单元、CCD测距测角单元、光信号接收单元、调制解调板、编码译码板、CCD控制板和总控板。采用蓝绿激光进行双向大容量数据传输及测距，同时配备CCD单元进行近距离测距测角。本发明将蓝绿激光双向通信、测距和CCD测距测角结合起来，实现2套水下平台间的全光自主信息交互及相对定位，可搭载于水下运动/静止平台，实现水下平台间的高速信息互联互通和相对定位。

Description

一种水下全光自主信息交互及相对定位装置
技术领域
本发明属于水下通信测距测角一体化技术领域，具体涉及一种水下全光自主信息交互及相对定位装置。
背景技术
蓝绿激光通信作为一种中等距离的高速率、大容量通信方式，保密性好，时间延迟小。蓝绿激光通信终端可以搭载在水下运动/静止平台上，为水下运动/静止平台之间提供高速实时的数据传输。
专利一(刘京郊.水下全向LD绿激光双工通信系统，CN 108964776 A，2018.12.07)发明了一种水下全向LD绿激光双工通信系统，借助CCD水下摄像机实现对激光通信光束方向的选择；专利二(朱明.一种面向水下机器人定位的通信系统,CN 110620596 A,2019.12.27)发明了一种面向水下机器人定位的通信系统，可实现水下无线射频通信和水下光通信两种通信方式。专利三(周田华.水下无线声光通信装置和通信方法,CN103338079 B,2015.04.15)发明了水下声光联合的通信方式。
有时候，水下运动/静止平台需要实时掌握相互的距离变化和位置信息，即水下运动/静止平台的相对定位。
专利四(文明.水下通信定位识别一体化波形优化方法，CN 105974364 B，2018.07.03)发明了一种水声通信定位识别一体化的波形优化方法。但水声通信能提供的通信速率仅为kbps量级，且时间延迟较大，本发明采用全光的方案，结合高速相机，为水下运动/静止平台间提供高速信息交互及实时相对定位。
发明内容
本发明的目的是：提供一种水下全光自主信息交互及相对定位装置。采用光模块进行大容量数据传输及测距，利用CCD进行测距测角。光的测距结果和CCD的测距结果可以相互验证。本装置可用于水下运动/静止平台的高速信息互联互通和相对定位。
为实现上述目的，将测量装置和方法介绍如下：
水下全光自主信息交互及相对定位装置由2套水下终端组成，第一终端和第二终端，每套终端包括激光发射单元、CCD测距测角单元、光信号接收单元、调制解调板、编码译码板、CCD控制板和总控板。
为了最大限度减小双向信号的相互干扰，第一终端的激光发射单元是蓝光发射阵列，光信号接收单元是接收绿光信号；而第二终端的激光发射单元是绿光发射阵列，光信号接收单元是接收蓝光信号。
对于第一终端，总控板将通信数据发送给编码译码板进行测距及通信编码，再经调制解调板调制得到调制信号，调制信号对激光发射单元进行内调制，激光发射单元发射携带信息的光信号，经过水下信道传输。同样，第二终端的激光发射单元发射的光信号，经过水下信道传输，被第一终端的光信号接收单元接收，光信号接收单元接收到的光信号依次经过调制解调板解调，编码译码板译码，最后传回总控板处理，总控板可直接控制激光发射单元中的LD驱动电路。CCD测距测角单元采集的图像经CCD控制板传回总控板处理，CCD控制板也可以控制CCD测距测角单元工作。
进一步，激光发射单元包含由若干束蓝/绿光LD组成的发射阵列及其LD驱动电路，调制信号通过内调制加载至激光上。发射阵列可以提高激光功率，从而提升作用距离。
光信号接收单元由接收光学、滤光片和探测器组成；
总控板包括信息处理中心，LD驱动控制，探测器控制，CCD控制4个功能模块。LD驱动控制控制激光发射单元中的LD驱动，探测器控制控制光信号接收单元中的探测器，CCD控制通过CCD控制板控制CCD测距测角单元，并从中读取数据。信息处理中心可以和LD驱动控制、探测器控制、CCD控制及编码译码板进行信息交互。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
将蓝绿激光双向通信、测距和CCD测距测角结合起来，实现2套水下平台间的全光自主信息交互及相对定位。
附图说明
图1是水下全光自主信息交互及相对定位装置的结构框图；
图2是水下全光自主信息交互及相对定位装置的布局示例；
图中，激光发射单元1、CCD测距测角单元2、光信号接收单元3、调制解调板4、编码译码板5、CCD控制板6和总控板7。图中的A,B两套终端设计实现蓝绿激光双向通信、测距，第一终端A的激光发射单元1是蓝光发射阵列，光信号接收单元3是接收绿光信号；而第二终端B的激光发射单元1是绿光发射阵列，光信号接收单元3是接收蓝光信号，不同波长激光在图1中用不同灰度标示。
图3是总控板7的功能结构框图；
图中，信息处理中心71，LD驱动控制72，探测器控制73，CCD控制74。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的描述：
1、系统结构
水下全光自主信息交互及相对定位装置包含旋转对称的第一终端A和第二终端B，A,B两套终端设计实现蓝绿激光双向通信、测距，第一终端A的激光发射单元1是蓝光发射阵列，光信号接收单元3是接收绿光信号；而第二终端B的激光发射单元1是绿光发射阵列，光信号接收单元3是接收蓝光信号。LD阵列的个数、具体波长以及发散角等特征都可以根据实际水下工作环境进行设计。每套终端各包含以下部分：激光发射单元1、CCD测距测角单元2、光信号接收单元3、调制解调板4、编码译码板5、CCD控制板6和总控板7，如图1所示。
对于第一终端A，总控板7将通信数据发送给编码译码板5编码，经调制解调板4调制得到调制信号，调制信号对激光发射单元1进行内调制，激光发射单元1发射携带信息的光信号，经过水下信道传输。同样，第二终端B的激光发射单元1发射的光信号，经过水下信道传输，被第一终端A的光信号接收单元3接收，光信号接收单元3接收到的光信号依次经过调制解调板4解调，编码译码板5译码，最后传回总控板7处理，总控板7可直接控制激光发射单元1中的LD驱动电路。CCD测距测角单元2采集的图像经CCD控制板6传回总控板7处理，CCD控制板6可以控制CCD测距测角单元2工作。
其中，激光发射单元1是由若干束LD组成的发射阵列。激光发射单元1、CCD测距测角单元2和光信号接收单元3的一种布局示例如图2所示，其中蓝光/绿光LD 11、蓝光/绿光LD 12、蓝光/绿光LD 13、蓝光/绿光LD 14。
光信号接收单元3由接收光学、滤光片和探测器组成。
总控板7包括4个功能模块：信息处理中心71，LD驱动控制72，探测器控制73，CCD控制74，如图3所示。
2、工作原理
用本发明的装置，进行水下全光自主信息交互及相对定位的具体工作过程如下：
两通信终端可分别搭载在运动/静止水下平台上，水下通信终端对通信距离和通信角度都有要求，若超过最大距离或最大角度，通信将不会成功。
通信终端支持两种工作模式，分别为单向发送/接收通信和自动建立握手通信。
蓝绿激光通信的同时，通过在传输信息中插入测距帧来测量水下运动/静止平台间的距离变化，再结合CCD近距离测距测角实现水下运动/静止平台间的相互定位。
单向发送/接收模式指一个通信终端负责发送信息，另一个通信终端负责接收信息。
若第一终端A为发送端，第二终端B为接收端。单向发送/接收模式的工作流程是：总控板7将通信内容发送给编码译码板5编码，经调制解调板4调制，调制信号对激光发射单元1进行内调制，激光发射单元1发射携带信息的光信号，经过水下信道传输，被第二终端B的光信号接收单元3接收，光信号接收单元3接收到的光信号经调制解调板4解调，再经过编码译码板5译码，最后传回总控板7处理，得到第一终端A发送的通信内容和第一终端A的距离信息。CCD测距测角单元2采集的图像经CCD控制板6传回总控板7处理，得到第一终端A的距离和方位信息；
自动建立握手通信的工作模式是在单端发送/接收信息之前增加了双向握手机制。该模式下，一个终端为控制端，主要负责发送握手信号、接收握手反馈信号、接收主体信息；另一个终端为发送端，主要负责接收握手信号、发送握手反馈信号、发送主体信息。
若第一终端A为控制端，第二终端B为发送端。该模式下的工作流程为：1)第一终端A首先发送握手信号。2)第二终端B收到握手信号后先发送握手反馈信号，紧接着开始发送文件。3)如果第一终端A收到握手反馈信号，就会停止发送握手信号并开始接收文件；4)如果第一终端A未收到握手反馈信号，则继续发送握手信号。每一步都和单向发送/接收模式的工作流程相同，此处不再赘述。
综上，本水下全光自主信息交互及相对定位装置以蓝绿激光为载体，信息编码后调制到蓝绿激光上发射，接收端通过高灵敏度光电探测器对微弱光信号进行检测，通过解调译码还原通信内容，并得到测距信息。同时利用CCD对对面终端成像，解算出对面终端的距离及方位信息。激光和CCD的测距结果相互验证，实现水下全光自主信息交互及相对定位。

Claims (5)

1.一种水下全光自主信息交互及相对定位装置，其特征在于，包括信息交互的第一终端(A)和第二终端(B)，所述的第一终端(A)和第二终端(B)均包括激光发射单元(1)、CCD测距测角单元(2)、光信号接收单元(3)、调制解调板(4)、编码译码板(5)、CCD控制板(6)和总控板(7)；
第一终端(A)的总控板(7)将通信内容发送给编码译码板(5)编码后，经调制解调板(4)调制得到调制信号，调制信号对所述的激光发射单元(1)进行内调制，第一终端(A)的激光发射单元(1)发射光信号，经过水下信道传输，由所述的第二终端(B)的光信号接收单元(3)接收，该光信号接收单元(3)将接收到的光信号传输至调制解调板(4)解调，再由编码译码板(5)译码后，传回总控板(7)，经该总控板(7)处理得到第一终端(A)发送的通信内容和第一终端(A)的距离信息；所述的CCD测距测角单元(2)采集图像后，经CCD控制板(6)传回总控板(7)，经该总控板(7)处理后，得到第一终端(A)的距离和方位信息。
2.根据权利要求1所述的水下全光自主信息交互及相对定位装置，其特征在于，第二终端(B)的总控板(7)将通信内容发送给编码译码板(5)编码后，经调制解调板(4)调制得到调制信号，调制信号对所述的激光发射单元(1)进行内调制，第二终端(B)的激光发射单元(1)发射光信号，经过水下信道传输，由所述的第一终端(A)的光信号接收单元(3)接收，该光信号接收单元(3)将接收到的光信号传输至调制解调板(4)解调，再由编码译码板(5)译码后，传回总控板(7)，经该总控板(7)处理得到第二终端(B)发送的通信内容和第二终端(B)的距离信息，所述的CCD测距测角单元(2)采集图像后，经CCD控制板(6)传回总控板(7)，经该总控板(7)处理后，得到第二终端(B)的距离和方位信息。
3.根据权利要求1或2所述的水下全光自主信息交互及相对定位装置，其特征在于，所述的激光发射单元(1)是由若干束蓝/绿光LD(半导体激光器)组成的发射阵列。
4.根据权利要求1或2所述的水下全光自主信息交互及相对定位装置，其特征在于，所述的CCD测距测角单元(2)包括相机和辅助照明装置。
5.根据权利要求1或2所述的水下全光自主信息交互及相对定位装置，其特征在于，所述的总控板(7)包括信息处理中心(71)，LD驱动控制(72)，探测器控制(73)，CCD控制(74)四个功能模块，所述的LD驱动控制(72)控制激光发射单元(1)中的LD驱动，探测器控制(73)控制光信号接收单元(3)中的探测器，CCD控制(74)通过CCD控制板(6)控制CCD测距测角单元(2)，并从中读取数据。信息处理中心(71)可以和LD驱动控制(72)、探测器控制(73)、CCD控制(74)及编码译码板(5)进行信息交互。
CN202011259853.9A 2020-11-12 2020-11-12 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置 Pending CN112468238A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011259853.9A CN112468238A (zh) 2020-11-12 2020-11-12 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011259853.9A CN112468238A (zh) 2020-11-12 2020-11-12 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112468238A true CN112468238A (zh) 2021-03-09

Family

ID=74825971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011259853.9A Pending CN112468238A (zh) 2020-11-12 2020-11-12 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112468238A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422651A (zh) * 2021-08-24 2021-09-21 南京英田光学工程股份有限公司 一种发射功率自适应激光通信终端及其功率控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000230807A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Micro Research:Kk 平行光を利用した距離測定方法とその装置
CN103338079A (zh) * 2013-06-08 2013-10-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 水下无线声光通信装置和通信方法
CN205317242U (zh) * 2015-12-23 2016-06-15 南昌航空大学 一种便携式激光测距测角装置
CN106100755A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 水下自适应无线光通信装置及方法
CN108964776A (zh) * 2018-07-18 2018-12-07 北京华夏光谷光电科技有限公司 水下全向ld绿激光双工通信系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000230807A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Micro Research:Kk 平行光を利用した距離測定方法とその装置
CN103338079A (zh) * 2013-06-08 2013-10-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 水下无线声光通信装置和通信方法
CN205317242U (zh) * 2015-12-23 2016-06-15 南昌航空大学 一种便携式激光测距测角装置
CN106100755A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 水下自适应无线光通信装置及方法
CN108964776A (zh) * 2018-07-18 2018-12-07 北京华夏光谷光电科技有限公司 水下全向ld绿激光双工通信系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422651A (zh) * 2021-08-24 2021-09-21 南京英田光学工程股份有限公司 一种发射功率自适应激光通信终端及其功率控制方法
CN113422651B (zh) * 2021-08-24 2021-11-26 南京英田光学工程股份有限公司 一种发射功率自适应激光通信终端及其功率控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7565082B2 (en) Data transmission method and system thereof, portable terminal, and data receiver
Shihada et al. Aqua-Fi: Delivering Internet underwater using wireless optical networks
CN108306680B (zh) 一种基于猫眼效应的逆向调制激光组网通信系统
CN114142927B (zh) 一种光路可切换的无信标激光通信系统及方法
CN102098112A (zh) Led光源水下短距离数据通信的方法及系统
CN112422190B (zh) 偏振-ppm联合调制的水下光通信方法、系统、终端
CN112468238A (zh) 一种水下全光自主信息交互及相对定位装置
CN114221702B (zh) 一种基于激光相控阵的全固态空间激光通信终端
CN112235045A (zh) 一种非直视自由空间光通信的对准装置及其对准方法
US6498668B1 (en) Alignment system for laser communication beam
CN107231195A (zh) 一种实现板间通信的方法和装置
CN115189775B (zh) 一种小型无线激光通信端机系统及对准方法
CN114301530B (zh) 一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置
CN116366163A (zh) 基于信号信标一体化集成芯片的空间激光通信收发系统
CN114499696B (zh) 水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法
CN113132011B (zh) 用于空间光通信建链的收发机及建链方法
CN115333634A (zh) 一种适用于商用照明led的高带宽、多自由度无线光通信系统
CN210775847U (zh) 一种激光雷达系统
JP4462048B2 (ja) 空間光伝送システム及び光受信装置
CN220755069U (zh) 一种调整配置参数的客户终端设备
CN114584213B (zh) 光通信感知传能一体化无人机系统
CN115632715B (zh) 一种光通信模块及光通信设备
CN113179124B (zh) 逆向调制无线光通信中抑制闪烁的波长分集装置和方法
CN113328800A (zh) 一种空间光通信全向接收方法和设备
JP2005175968A (ja) 光空間伝送装置及び光空間通信システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
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

Application publication date: 20210309

RJ01 Rejection of invention patent application after publication