CN113328809A - 水下采集信息平台的上传双向通信系统 - Google Patents

Abstract

水下信息采集平台的数据上传或下载系统及方法。采用另一运动平台对其进行水下现场搜索、发现、与其接近、对准并实现激光通信，下载、传输其收集存储的数据。它为水下各种信息收集平台将采集的信息上传下载提供一种高速、大容量、非接触式的双向通讯装置及方法，并兼用于高亮度大视场水下激光照明及采用激光束为水下平台充电。

Description

水下采集信息平台的上传双向通信系统

技术领域

本发明属于水下信息采集平台的数据上传或下载系统及方法；采用另一运动平台对其进行水下搜索、发现、与其接近、对准并实现相互激光通信，下载、传输其收集存储的数据。它为水下各种信息收集平台将采集的信息上传下载提供一种高速、大容量、非接触的双向通讯装置及方法，并兼用于高亮度大视场水下激光照明及采用激光束为水下平台充电。

背景技术

锚定或以其它方式安置于水下的信息采集平台(以下简称为锚定平台)，可以采用各种传感器在水下长期的进行各种信息的采集、监测并存储。但如何将其采集的信息上传是一极大挑战，长期难以得到满意的解决。经常只有将平台回收到船上或岸上后才能将存储的信息下载，极为不便、不安全、费时及高成本。采用水中声波通信可以实现水下平台信息的发送，与水下或水面的接收端平台进行数据或指令交换。该方法优点是作用距离较远、技术成熟，但缺点是传输速率低(10kbps左右)，对于需要上传大容量数据并不现实可行。对于有些应用场合必须保持声波静默的，无法采用声波通讯。

本申请采用另一个水下运动平台作为“中介”(以下简称为运动平台)，由其接近锚定平台，然后双方通过激光通信的方法，实现锚定平台在水下现场直接将信息上传下载至运动平台，再由运动平台将信息带回。该设想在该应用领域相关部门引起了极大的兴趣(具有保密协议的讨论)。如果确实能根据该设想，实现水下两平台之间的双向激光通讯链接并实用，显然它具有诸如传输速率高(可达Mbps)，隐蔽性好，不易被他人发现，体积小、成本低，适合小型水下无人平台承载等优点。但实现该设想也存在明显的技术挑战，主要的两大技术挑战是：一、由于水对光传输的严重衰减，水下可视距离短，根据不同的水况，在强烈照明下，一般仅为几米到十几米的范围。如何在茫茫大海的水下实现运动平台与锚定平台之间的相互发现、并建立起激光通讯的“握手”链接是关键难题。不但两平台需要相互看得见，还要通讯光束与接收对得上。其中的主要因数是工作场景决定的工作距离。对于大气或空间的光通讯，作用距离在几公里以上，采用的激光束发散角必须小至几个毫弧度(mrad)量级，因此对得准是关键。而对于水下平台的应用，可视距离本就只可能为米级，搜索及照明的激光束发散角都在几度以上，因此看得见更是关键。这一差异，决定了水下通讯系统与非水下通讯系统并非简单的光传输介质不同，它们并无简单的可类比性。二、水下，尤其是在海底，水况复杂，经常存在严重及多变的水流及浪涌冲击，两平台相互位置处于不断的变动之中，如何压缩通讯需要的时间，以及如何尽可能长时间的维持双方通讯链接，是与大气或空间环境下进行无线光通讯的另一重大差别。

在这两方面，至今并未发现有任何明确的解决方法或技术的公示。常规采用光束在大气或空间环境下进行无线通讯的公示，对解决上述难题并无多少可以被借鉴的价值或启示。

发明内容

本申请针对上述两个难点及挑战，提出以下解决方法，包括系统、技术、相应设备的设计、构成及使用方法。

本发明之目的是解决水下的主动运动平台及锚定平台两类平台装置的基本构成设计，以及它们具体的使用技术或方法，以实现在两类水下平台之间的相互发现、接近、建立激光通讯的“握手”即链接、实现信息上传下载，并在通讯期间保持通讯链接的稳定。同时，本发明也提出除了可同时采用运动平台通讯光源作为水下照明光源外，还可用它对水下锚定平台进行激光充电，以补充其能源，延长其在水下工作时间。

在本申请中，“运动平台”代表有人或无人的水下运动平台，能主动运动，发现并靠近、对准锚定平台。“水下锚定平台”，可以是简单投放在水底的平台，或其它在水下安置位置(包括锚定)相对固定的平台，其基本任务为在水下，利用各种传感器监测、采集各种相关数据，并将它们存储以待上传。其地理位置及在水下的深度参数为已知。

本发明对相关的整个工作场景的设想是：

运动平台根据已知的锚定平台地理位置及水深参数，被投放、进入到该区域及水深范围。开启激光照明光源并在其半球方向范围内进行大视场(如1°至30°)或可变视场的扫描搜索。运动平台具有CCD实时探测器可进行实时观察。一旦扫描搜索激光束覆盖到锚定平台，处于待机状态的锚定平台接收到搜索激光信号被唤醒，进入到工作状态。锚定平台同时具有广角接收装置，当运动平台的照明搜索激光束在水下进行搜索时，即使它可能并未直接的覆盖照到锚定平台，但如果激光束离锚定平台距离不远，由于水中微颗粒对光的漫散射较强，锚定平台广角接收装置可以感知到运动平台的搜索激光束的漫散射光，而感知到运动平台的存在及方位。根据接收到搜索激光信号的方位，锚定平台向外发射视场大于1°的应答激光信号或闪光灯标信号。运动平台根据接收到应答激光信号时对应的搜索激光发射方位，或根据锚定平台的闪光灯标信号，确认锚定平台的方位，调节运动平台的方位状态，至接收到的应答激光信号强度超过特定值，并对该方向进行锁定，向该方向发射代表身份的编码激光束。锚定平台在接收到运动平台的编码身份激光信号后，确认其身份无误，回答自己特定的激光身份编码应答信号。双方确认相互发现及身份，并确定双方实现光对接通讯的链接。运动平台根据锚定平台应答编码信号与运动平台发射的编码激光信号之间的延迟时间，判定双方之间的距离。具有主动运动能力的运动平台根据该方位及距离信息，进一步向锚定平台靠拢。完成双方通讯“握手”。需要强调说明的是，运动平台可以搜索发现锚定平台的距离范围，在实际的水下环境中，一般不会超过20米，它与大气或空间光通讯轻易几公里至几十、几百公里的作用距离完全不是一个数量级，也因此相应的各种具体技术方法、手段等并不能简单的相互套用。在水下的激光束照明搜索，采用小的光束发散角虽然可以理论上增加作用距离，但是细的光束及小的光斑对照明搜索也是个不良因数，不利于判定目标。实际搜索时，激光束的发散角会在1度至30度的范围。锚定平台对搜索激光束在水中漫散射的感知，更是建立在广角大视场的基础之上。当然对漫散射光的的感知可以用于“发现”，但对通讯链接而言，依靠漫散射光的可靠性不够。

在此过程中，运动平台的CCD实时探测器进行实时观察，包括对在水中可视的激光束方位的观察，并对搜索或发现锚定平台提供辅助。由于从运动平台进行照明，并从运动平台进行的观察依赖于光的来回双程通过两平台间的距离及目标物的漫反射，严重影响了观测的作用距离，可以想象，在锚定平台能源条件允许情况下，根据事先设定的时间段，锚定平台若启动其激光源，间歇发出“灯标”闪光信号，可显著增强被运动平台CCD实时探测器发现的概率及作用距离。或者锚定平台可以通过其广角接收能力，对运动平台发出的照明激光束在水中的漫散射来感知运动平台的存在，而间歇发出“灯标”闪光信号，或向对应照明光存在的方位发出激光束信号。因为依靠“见到”对方激光束在水中的漫散射而开始双方的相互发现，其视场几乎为全方位，因此显著降低或回避了光束需要“覆盖”直接打到到对方的难题。

在对使用声纳并无限制的场景下，运动平台也可先发出搜索声信号，一旦锚定平台接收到搜索声信号，它被唤醒进入到工作状态，发出应答声信号。运动平台根据应答声信号的方位、延迟时间，确认与锚定平台的方位及距离。运动平台据此向锚定平台靠拢，直至双方激光信号相互“握手”成功。采用声信号，可以成数量级的增强搜索的作用距离。

运动平台的激光束，在搜索发现目标前，处于全功率，无编码无调制的搜索照明状态，同时起到对周边环境的照明作用。或处于闪光灯标状态。发现目标后改变为编码状态，链接成功后再进入调制通讯状态。需要时可以进入到充电状态。一个激光源根据需要完成上述多种角色功能。光束的发散角可变，或固定不变。

而一旦两平台“握手”成功，进入通讯的状态，运动平台需要能根据双方平台在水流或浪涌冲击下位置及姿态的变动，进行反馈控制激光束的扫描方位或平台的位置或姿态，以保持对准跟踪，确保双方通讯“握手”不丢失。

为实现上述工作程序并达成相关的功能目标，运动平台与锚定平台具有如下相关设置及功能：

一、采用高功率LD绿激光作为水下激光通信、照明、充电光源；本发明采用在水下透射系数最高的480-530nm范围内的蓝绿半导体激光束作为通信、照明及充电的光源，而且两个平台采用两个特定的不同波长，比如运动平台采用LD激光波长为520nm，锚定平台采用480-500nm之间的波长。采用对水而言“透明”窗口波长范围内较长端的波长，一是因为波长较长的LD容易得到较高的输出功率，价格较低，二是因为它与CCD成像探测器的光敏感波段更为匹配，因此可作为水下观察/摄影增强照明光源，有效提高对水下目标的观察距离。而将运动平台与锚定平台的激光波长采用为两个特定的不同波长，是为了可以采用同一个光学系统既用于发射自己信息，又同时接收对方发送的信息。通过在光路上采用一个特定的介质膜片，将接收到的对方波长不同的激光信号从光路中取出，双方各自的光路可以同时在发射通讯激光时接收对方信息，从而压缩双方数据及指令上传下载所需的时间。这对于在水流及浪涌冲击的影响下，或其它特定状况下快速完成数据的传输通讯具有重大的意义。其另一优点是，在水中，平台发射的激光束后向散射较在大气或空间环境中要严重得多。两平台采用两个不同波长，即对每一个平台而言，它发射的与接收的激光波长并不相同，接收系统可基本避免它本身平台自己发射激光的后向散射的困扰，包括干扰，对接收器的饱和风险等。

LD半导体激光具有能够直接通过它的供电电源加载通信调制信号，无需额外的激光调制器。半导体激光器独有的电光转换效率高、体积小、重量轻和可靠性高等，非常适合应用于水下航行器或其他水下平台。与常规的固体或气体激光器相比，LD激光的另一明显特点，或在多数条件下被认为的缺点是其光束的发散角较大，因此它并不适合直接应用于大气或空间环境下、作用距离为几公里以上的通讯应用，但是却正好适合在水下几米至几十米作用距离下的使用。LD的另一个优点是通过改变其半导体材料配比，可以容易对其发射的激光波长进行调整，满足上述两平台采用特定不同波长的要求。

二、取决于应用场景的水深水压，利用基本为半球型或半椭球形的激光发射、扫描透光罩，或基本为半球型或半椭球形金属罩上具有单一的或分立的多个发射兼接收光学窗口，激光束在不同方位及不同窗口间扫描、切换的机构，或激光束的分束方法，实现激光束对大范围的扫描或搜索，并在收到应答信号后锁定发射方向；同时因为激光在水中因各种微颗粒产生强烈的漫发射，上述可见波长激光束在水中的光线轨迹可视性强，采用大视场CCD摄像机可对激光光束实施空间定向，对搜索进行辅助；同时对于搜索激光束漫散射光的广角大视场接收可以在对方激光束并未直接覆盖自己的接收窗口情况下，感知接收到对方激光束的漫散射光而感知到对方的激光束及方位；在无禁声纳环境中还可兼用声纳帮助发现对方平台的方位。上述特征措施的综合运用，可确保在水下环境中，快速可靠的让平台相互发现，并实现通讯“握手”，建立可靠稳定的通讯链接，实现信息的互传。

在大气或空间环境中的无线光通讯，作用距离在几公里以上，需要激光发散角小，为1mrad左右。采用半球方向上几个或几十个分立的窗口，企图不通过精细的瞄准对准平台机构，仅简单的通过采用上百根固定安置的激光输出光纤，就能实现与几公里外的一个大小为小于米级的激光接收窗口目标相互对准并建立光通讯链接，完全不现实。但是对于本申请的水下应用场景，其特点为工作距离短，仅为几米至20米。在实现光通讯链接前，必须首先照明搜索发现锚定平台，而搜索照明通常需要采用较大视场的照明光束，因为采用小的发散角，小的照明光点，没有足够大小的背景的对比，不利于判断发现目标物。而一旦大视场照明发现目标，显然利用照明光本身进行调制，自然已经实现了对目标物的覆盖，进而实现通讯链接，实现光通讯。这种水下实现激光通讯的特点，包括近距离、采用足够大的光束发散角的激光束及可对光束在水中的漫散射进行感知等，与大气或空间的激光通讯场景特点具有重大的差异，两者并无简单的类比性。

一种方案是采用几近半球方向完整的无间隔的单个透明窗口，对出射的激光束进行X-Y两方向的扫描或定点切换，完美的进行全覆盖搜索及对准。一旦接收到应答信号，控制部分能确定并记忆相应的搜索扫描方位信息。至于能否采用几近半球方向完整的无间隔的单个透明窗口，主要取决于材料及结构的承压能力。对于应用场景为水深较浅，比如水深20米以内的场合，水压较低，可因此采用全透明的半球罩。在近半球罩的球心位置空间采用“圆周-俯仰”两空间方位的光束扫描机构，将激光束在接近半球方向对外进行全方位的搜索扫描。或在实际上，以完整半球的立体张角为+/-90°而言的话，现实需要的覆盖立体角为+/-60°就足够，以简化设计及平台结构。特别是对应于短的作用距离，采用大的光束发散角如30°，对搜索扫描的要求会更低，可以是连续的扫描，也可以是固定的几个方位角的切换，就可以实现需要的搜索覆盖范围。

对于应用场景为水深较深的场合，因为水下压力高，平台可以采用高强度金属半球罩上开多个窗口的结构，在半球罩的球心位置采用X-Y两方位的光束扫描机构，将激光束在半球内根据窗口方位进行搜索扫描。需要考虑到激光束的发散角、窗口相互之间的间隔，以保证在一定距离处，如10至20米范围内，通过不同窗口出射的激光束光斑相互重叠，搜索不产生遗漏；而且对于每个窗口，光束扫描机构可以有几个扫描方向点，扩大扫描覆盖范围；或者在完成一轮全方位搜索之后，运动平台本身在左右或俯仰方向上进行一个特定角度的摆动，然后进行下一轮的搜索扫描，以达到搜索全部覆盖的目的。文中提到的半球，仅为近似的说法，意为能承受高压力的曲面结构。

如应用环境的水质优良，也可以将采用高功率的LD激光输出进行分束使用，同时对几个不同方向输出搜索激光束，实现广角大视场的照明搜索，简化平台结构及成本。

三、关于装置或平台，主要是运动平台除了前述的运动及搜索辅助(即搜索中的摆动)功能外，它应该还具有“握手”成功后的锁定跟踪功能。对于水下应用，尤其是海水下的应用，水流或浪涌的冲击严重并无规多变，水下平台处于不断的运动或移动状态。要保持通讯中两平台的相互位置及方位的稳定是严重的挑战。为此，一方面采用的激光束发散角需要在保证通讯距离的前提下，尽可能的大，使通讯对平台移动在一定范围内不敏感。另方面，需要平台的通讯激光束具有实时的指向反馈调整功能，对平台的运动在一定范围内进行补偿，保证通讯的顺利进行。对于平台在水流或浪涌冲击下的位置或姿态的摆动的感知，可以通过平台的姿态感知传感器，或CCD实时成像定位探测器上对目标锚定平台发射、接收窗口成像探测其位置变化实现。再通过对激光发射扫描范围的调整或对平台的运动控制使平台保持对于锚定平台的对准，维持通讯链接。此外双方平台的同时发送、接收能力，以及光通讯的数据传送速率容许在很短时间内上传下载大量数据，因此减轻了对保持通讯链接的持续时间的压力。这里说的CCD实时成像定位探测器，并非为前述的CCD实时监控装置，而是在接收同光路上的一个对于对方接收窗口成像监测装置。一个方法是：在对方接收窗口周围用对520nm具有高发射率的涂料绘制几个特定间隔的同心圆。如果对方接收窗口正对自己平台的发射窗口，那么此时CCD实时成像定位探测器见到的为间距规律的同心圆。一旦同心圆的形状或间距发生变化，就代表了与对方平台的相互姿态发生了变化。相应的控制机构依此控制运动平台的运动，恢复两平台之间的理想对准状态。

对于特定的工作环境，如水深较浅、透明度较高及水流平稳的场合，运动平台或锚定平台可采用整个透明的半球罩，激光束也无需具有扫描能力，直接采用大的光束发散角，在大视场的状态下，双方平台距离为5米左右或更短的情况下，直接实现搜索及链接、通讯。

四、关于激光充电功能。由于锚定平台需要长期在水下进行数据的监测、记录并存储，如何延长它的长期水下工作能力是一个严重的挑战。运动平台的LD激光输出功率可以容易的达到百瓦以上。在通讯“握手”成功之后，控制运动平台接近到离锚定平台几米量级的距离内是现实可行的。此时到达锚定平台的实际激光束功率可以在十瓦量级，用此采用该激光束对锚定平台进行激光充电，具有现实可行性。当然，此时需要一定的充电时间长度，锚定平台结构上需要相应的激光充电窗口及较大面积的光电能量转换器件，尽量减小充电激光束发散角，在充电过程中运动平台需要对锚定平台保持对准跟踪等。

如上所述，本发明的特征发明点包括：

1、本发明采用一个机动水下平台(运动平台)，对长期在水下基本固定的数据采集平台(锚定平台)进行搜索，实现光通信链接，并将其采集存储的数据进行上传下载，采用高功率的450至520nm波长范围内的半导体激光器作为水下搜索照明、信息交换通讯及实现激光充电的光源，一个光源在一个水下平台上实现多种应用功能，结构简单紧凑、效率高，可靠性好、成本低。运动平台及锚定平台各采用特定的不同激光波长，双方可同时进行数据的发送与接收。利用激光束进行充电，可解决对需要长期在水下工作平台的能源补充难题。

2、采取单个光束在半球范围内扫描或半球范围内多个窗口之间的切换，或多个光束同时进行搜索扫描，对对方平台直接覆盖，或由对方平台的广角接收感知到搜索光束在水中的漫散射；由对方平台应答，包括发射闪光灯标信号，或向对应方位发射应答激光信号，然后双方实现锁定的方式，有效解决水下平台之间的相互发现、对准及通讯“握手”难题。运动平台的激光发射方向，及运动平台的位置可以根据运动平台对锚定平台相互位置的感知进行反馈调整，以保持在水流或浪涌冲击影响下，双方通讯链接的稳定可靠。

3、由CCD实时监测或声纳通过声信号(环境容许时)协助平台的搜索及链接。CCD实时成像定位探测器根据目标图像实行对链接的锁定，锚定平台的通光窗口周围涂有对520nm高反的同心圆作为跟踪锁定目标图像。

附图说明

图1运动平台对锚定平台进行搜索示意图。

图2锚定平台结构示意图。

具体实施方案

本发明的具体实施方案根据不同的应用场景具有多种不同的选择。

图1所示为采用一个运动平台对锚定平台进行搜索，靠近锚定平台，以建立光通信链接，实现将锚定平台收集存储的数据下载的示意图。001为锚定平台，锚定装置未示出。002为锚定平台上半部上的3至4个通光窗口中的一个通光窗口。003为通光窗口上的广角接收装置，可以实现对近处但是未直接打到锚定平台通光窗口的搜索激光束005在水中漫散射的感知。该图中每个通光窗口上有两个广角接收装置。005由运动平台007，通过其通光窗口009发出的搜索激光束005的发散角一般为30°左右。图1所示表示005尚未直接覆盖到锚定平台001，但005在水中的漫散射光(图中未示出)已经可能可以被锚定平台001上的广角接收003感知，然后001通过相应的通光窗口发出闪光灯标信号或发射应答激光束(未示出)，它们被运动平台007相应通光窗口接收到后，运动平台可以向锚定平台001靠近并调整双方的相互方位位置。上述方法大大改进了双方相互发现并建立起光通讯链接的成功几率。运动平台007可以是有人水下运动平台，或无人水下运动平台。

锚定平台的一个实施方案是如图2所示，半球密封罩011上有3个均匀分布的通光窗口，在图中示出012及013两个。每个窗口边安装有2个广角搜索激光接收器件016及017。它们尽量靠近通光窗口，并以一定倾角安装以实现需要的广角视场覆盖，或者在通常平面形的通光窗口外部黏贴上一个凸面镜形成广角接收。半球罩011的顶部另有一个充电窗口020，充电接收转换为021，电池储能部分未在图中示出。在半球密封罩的球心位置处安装有激光束扫描装置031。激光束扫描装置031可以是对应于3个通光窗口的3工位光束切换装置，或连续360°园周扫描装置加上光束的对应于通光窗口位置的开关控制。对于有的应用场景及装置型号，031也可以是简单的激光束分束元件，将激光源040输出的激光束050分成3束，由3个通光窗口同时输出。图中所示为单光束输出051。在031之前为光学系统035，控制改变激光束发散角；035再之前为介质膜分光膜片036，激光源040，及其控制及通讯调制电源041。接收单元为045，其中包括通讯激光信号解调，及CCD实时成像定位探测器。锚定平台的另半部分的外罩未示出。选配的声纳系统及锚定装置也并未在图中示出。激光源040中的LD激光器可以安装在锚定平台外罩内壁上，起到对其进行冷却的作用。它输出的激光束050经过介质膜分光膜片036，进入光学系统035，光学系统035对激光束光束发散角进行控制，根据不同的应用场景及工作环节，如搜索及通讯的不同环节，调整采用不同的激光束发散角，发散角的范围在1°至30°之间。介质分光膜片036可以实现高透过@520nm，@45°，高反射@480nm@45°。当运动平台采用520nm LD激光源，而锚定平台采用480nm波长的LD作为激光源，此时锚定平台可以同时进行对运动平台的数据的发送及接收。当然，锚定平台的首要任务是在水下或海底收集监测各种信息数据，它必需装备有完成该相关任务的各种传感器，数据采集及存储部件，在图中以070代表。其数据送041，经调制激光束051通讯上传至运动平台。

锚定平台的另一个实施方案是其基本上半球密封罩011为一个单一的透明通光密封罩。其他结构及其设置的考虑原则与上述方案类似。

运动平台的结构方案与锚定平台类似，差别主要在于运动平台具有必要的水下或靠近海底的机动运动能力，或作为水下有人或无人运动平台的附属部分。它本身不装备有各种数据采集传感器，但有较高的激光输出功率能力，可以进行较长时间的激光照明及充电作业。运动平台中发射和接收光路中的介质分光膜片可以实现高透过@480nm，@45°，高反射@520nm@45°(对于运动平台采用520nm LD激光源，而锚定平台采用480nm波长的LD作为激光源时)。所以它可以与运动平台双方同时进行数据及指令的发送与接收。

Claims (9)

1.一种水下信息监测采集平台(以下简称为锚定平台)的数据上传或下载系统及方法，其特征为：采用另一“中介”运动平台(以下简称为运动平台)对锚定平台进行水下搜索、发现、与其接近、对准并实现相互激光通信，下载、传输其收集存储的数据；运动平台激光照明光束的方位及视场可变，并兼用于通讯及为锚定平台充电；锚定平台为通过锚定或其它方法基本固定于水下或水底特定地点，或是投放在水底的平台，它安装有各种传感器，监测、采集水下各种相关数据，并将它们存储以待上传；锚定平台还包括具有通光窗口的密封罩，对运动平台搜索激光束的漫散射广角接收装置，激光通讯信号接收及通讯解调装置，声纳，激光源，激光通讯调制装置，对外激光发射装置包括激光光束扫描或切换装置或分束装置，激光充电接收及充电装置；运动平台包括具有通光窗口的密封罩，激光源，激光照明装置，外来激光信号接收及通讯解调装置，对外激光发射装置，激光光束扫描或切换或分束装置，激光通讯调制装置，声纳，CCD实时监测装置及CCD实时成像定位探测器；运动平台根据已知的锚定平台地理及水深参数，投放、进入到该区域及水深范围，通过声纳、激光照明光源及CCD实时监测进行搜索，或通过对锚定平台的闪光灯标信号的感知发现锚定平台；一旦锚定平台接收到搜索声信号，它回应预定声信号对运动平台进行引导；一旦锚定平台感知到扫描搜索激光束在水中的漫散射信号或直接被扫描搜索激光束覆盖，处于待机状态的锚定平台激光源被唤醒，进入到工作状态，发射闪光灯标信号，或根据感知到的搜索激光信号的方位，向该方位发射应答激光信号；双方以身份编码激光信号确认身份；运动平台根据双方编码信号间的延迟时间，判定双方之间的距离，并根据相关方位及距离信息，进一步向锚定平台靠拢对准，完成双方通讯“握手”并启动双向激光通讯，实现锚定平台数据的上传下载；按需要由运动平台对锚定平台用激光束进行充电；运动平台根据CCD实时成像定位探测器接收的锚定平台窗口图像，控制激光束的扫描或运动平台的姿态对锚定平台进行对准锁定。

2.权利要求1中的激光源，其特征为：运动平台的激光源为波长范围500-520nm内的LD激光器，连续输出功率为10-200瓦；锚定平台的激光源为波长范围450-500nm内的LD激光器，连续输出功率为10-200瓦；两平台采用不同波长的LD激光源，在发射及接收的同一光路中采用相应的分光介质膜片，实现两平台双方同时进行数据及指令的发送及接收功能。

3.权利要求1中的锚定平台的通光窗口的密封罩，其特征为：密封罩为全透明的基本半球形或半椭球形密封罩，可以透过接收或发射的激光，或在金属基本半球形密封罩上具有特定分布的3个或3个以上的通光窗口，用于接收及发送激光信号；密封罩顶部为激光充电窗口。

4.权利要求1中的锚定平台的激光束漫散射广角接收装置，其特征为：每个通光窗口边靠近窗口安装有2至4个以一定倾角安置的接收传感器；或靠近窗口安置的单个接收传感器，平面的窗口上黏贴有凸面镜，形成对周围漫散射光的广角接收视场。

5.权利要求1中的运动平台的通光窗口的密封罩，其特征为：密封罩为全透明的基本半球形或半椭球形密封罩，整个密封罩可以透过接收或发射的激光；或在金属基本半球形密封罩上具有特定分布的3个或3个以上的通光窗口，用于激光照明，接收及发送激光通讯信号及激光充电；发射的激光束的发散角在1°至30°间可控。

6.权利要求1中的锚定平台及运动平台的激光光束扫描或切换装置或分束装置，其特征为：安装于基本半球形密封罩的球心位置，X-Y两方位的扫描镜，控制激光束通过不同窗口按特定的扫描分辨率扫描或多个固定方位角度的切换输出；或为分束光学元件将一个激光束分为3个或3个以上的激光束，分别通光通光窗口输出；发射的激光束的发散角在1°至30°间可控。

7.权利要求1中的运动平台，其特征还有：在对锚定平台进行搜索时，能在激光束的扫描周期之间，运动平台能在左右及俯仰两方向上进行特定角度摆动，使激光束的下一扫描周期的光斑覆盖与上一周期不同的方位，令搜索激光束对四周实现全覆盖。

8.权利要求1中的锚定平台，其特征还包括：按照程序设定在特定时间段，或在感知到运动平台的搜索激光束的存在后，或在接收到运动平台的声信号后，启动其激光源通过通光窗口向外发射间歇“灯标”激光闪光信号，“灯标”激光闪光信号发散角为10°至60°。

9.权利要求1中的运动平台根据CCD实时成像定位探测器接收的锚定平台窗口图像，控制激光束的扫描或运动平台的姿态对锚定平台进行对准锁定，其特征为：锚定平台的通光窗口周围涂有对500nm左右波长高反的、具有特定间距的同心圆作为跟踪锁定目标图像，运动平台上的CCD实时成像定位探测器根据同心圆图像的圆度变化对激光发射扫描进行反馈控制，并对运动平台进行控制，锁定运动平台对锚定平台的对准。

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