CN116633436A - 通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法，装置将光通信和望远成像一体化集成，实现了成像和通信一体化；通过可见光发散角和红外发散角的耦合设计、通信单元高密度设计，基于可见光和通信光共前端光学系统方案，将光机结构、物镜、二向色镜复用，大幅缩减了系统体积重量；通信控制方法通过“自适应增益”和“自适应阈值”，克服了通信距离变化、对准误差及大气信道对通信性能的影响，可将现有便携式大气激光通信终端的重量降低到亚公斤级别，实现了手持式应用，适配的通信距离从几百米以内提升至5km，实现了在功率变化80dB范围内的光通信和可见光望远的“动中通”，大幅提升了便携式大气激光通信终端的通信范围。
Description
技术领域
本申请涉及光通信领域，具体地，涉及一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法。
背景技术
便携式无线光通信装置将业务数据调制到光载波上，实现业务数据的收发、语音通信等。便携式无线光通信装置一般由集成处理机和光学头组成，前者完成信号探测、光电转换、调制解调并提取业务数据，后者完成光束整形、缩束、跟踪和瞄准以实现空间光信号接收和发射。便携式无线光通信装置在抗灾救险、战场态势感知、无线电静默条件下保密通信、电磁干扰环境下高可靠通信、户外作业和探险等方面有着重要应用。
现有的便携式无线光通信装置存在以下问题：
1、接收信号强度自适应范围小。大气信道衰减、湍流及收发双方的距离变化对光通信终端影响大。不考虑大气信道变化的前提下，在几米和几千米距离上接收端的光功率相差近10000倍(80dB)。而接收端的探测器功率动态响应范围有限(一般十几个dB)，同时，便携式光通信设备中电子学增益倍数一般固定，如此大的光功率动态范围将导致信号饱和(几米通信距离)或被噪声淹没(几千米通信距离)。
2、便携性不足。虽然增加跟瞄伺服系统能解决上述对准难的问题，但跟瞄伺服系统必需增加敏感器、执行器和控制器，使得系统复杂、体积重量及功耗都较大，无法实现装备小型化。
3、收发双方对准困难。常见的无线激光通信的对准方式为基于机械转台和快反镜实现粗跟踪和精跟踪融合的复合跟踪策略，其体积和重量较大，不适合便携式的应用。便携式光通信装置的信号发散角和接收视场极小，传统的方案是将其放置在稳定三脚架上，采用人工使用瞄准镜进行跟瞄的方式进行对准，这极大的影响了使用效能。
4、只能静中通使用。发射角和接收视场都极小的前提下，收发双端一般只能固定式的进行点对点静中通，收发双方的相对运动将会造成收发指向的不一致，从而引起通信链路的断开，不适合在运动平台(车载、船载、单兵行进中)使用。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法。
第一方面，提供一种通信距离自适应的便携式无线光通信控制方法，包括：
步骤11，对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；
步骤12，计算滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V1的绝对值；
步骤13，确定绝对值与二值化阈值的大小关系，若绝对值≥二值化阈值，则结束调节，否则，执行步骤14；
步骤14，确定平均值V1的绝对值与二值化阈值的误差Δ；
步骤15，判断误差Δ是否大于0，若否，以ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节，ɑ为步长因子，VDD为放大器电压值，N为数字电位器位数，若是，以-ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节；
步骤16，计算增益调节后的滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V2的绝对值，若平均值V2的绝对值≥二值化阈值，则结束调节，否则，返回步骤11，进行下一级增益调节；依次类推，直到完成4级增益调节。
在一个实施例中，方法还包括对二值化阈值进行更新。
在一个实施例中，对二值化阈值进行更新，包括：
将多个采样周期中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；
设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对滑动窗口的每次滑动，计算滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
在一个实施例中，方法还包括：
根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；
对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
第二方面，提供一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置，包括：望远光机主体、光通信单元和电子学单元，望远光机主体用于实现可见光望远，光通信单元用于实现红外光束的发射和接收，电子学单元用于实现红外光束的发射功率控制以及红外光束接收信号强度控制。
在一个实施例中，电子学单元包括信号处理器，用于实现上述的通信距离自适应的便携式无线光通信控制方法。
在一个实施例中，电子学单元包括信号处理器，信号处理器用于实现以下功能：
对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；
将滤波后的数字信号中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；
设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对滑动窗口的每次滑动，计算滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
在一个实施例中，信号处理器还用于实现以下功能：
根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；
对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
在一个实施例中，电子学单元包括：信号发射模组、信号接收模组和主控模组，信号发射模组包括恒流驱动电路和调制电路，信号接收模组包括前置放大器和滤波电路，主控模组包括信号处理器、可调放大器电路、模数转换电路、语音模块、灵敏度调节电路和接口单元。
在一个实施例中，望远光机主体包括2个望远镜筒单元，分别记为第一望远镜筒单元和第二望远镜筒单元，第一望远镜筒单元包括第一镜筒，第一镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第一物镜组、第一滤光片、第一转向镜组和第一目镜组；第二望远镜筒单元包括第二镜筒，第二镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、第二转向镜组和第二目镜组。
在一个实施例中，光通信单元包括红外光发射支路和红外光接收支路，红外光发射支路包括光源和红外物镜，红外光接收支路包括第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、热反镜、缩束镜、第三滤光片和探测器。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
1、本申请填补了基于光载波的通信和可见光望远成像一体化的便携式系统的空白，实现了“看得见”的同时“通的上”、“测的准”。传统的通信设备和望远设备相互独立，需要携带两套设备。本申请将光通信和望远成像一体化集成，基于光机结构的合理复用、通信单元设计实现了成像和通信一体化，特别适合单兵装备、户外探险、抢险救灾、无线电静默等条件下的态势感知、信息高保密传递。
2、本申请解决了系统轻量化、小型化问题，无需专门的瞄准装置和独立的信标光、建链时间无需等待，特别适合手持式、头戴式等便携式应用场景。系统通过可见光发散角和红外发散角的耦合设计、通信单元高密度设计，基于可见光和通信光共前端光学系统方案，将光机结构、物镜、二向色镜复用，大幅缩减了系统体积重量。
3、本申请解决了传统激光通信装置无法适应接收功率大动态范围变化的问题。在便携式终端上通过“自适应增益”和“自适应阈值”方法，克服了通信距离变化、对准误差及大气信道对通信性能的影响，可将现有便携式大气激光通信终端适配的通信距离从几百米以内提升至5km，实现了在功率变化80dB范围内的实时光通信和可见光望远的“动中通”，大幅提升了便携式大气激光通信终端的通信范围。
附图说明
本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
图1示出了根据本申请实施例的通信距离自适应的便携式无线光通信装置的结构示意图；
图2示出了根据本申请实施例红外光接收支路的结构示意图；
图3示出了根据本申请实施例的电子学单元的结构示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的装置结构，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应理解的是，本申请并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
本申请提供一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置，在多个观察者进行通信的过程中，每个观察者手持一个便携式无线光通信装置，或者将便携式无线光通信装置穿戴于头上，每两个观察者携带的两个便携式无线光通信装置相互配对，相互配对的两个观察者相距一定距离(该距离可动态变化)在运动中实现信息的传输，可实现无线通信、测距以及可见光望远和成像，其通信的距离范围是可动态变化的，可实现从几米到几公里的自适应通信。
图1示出了根据本申请实施例的通信距离自适应的便携式无线光通信装置的结构示意图，参见图1，装置包括望远光机主体、光通信单元和电子学单元。以下对各个模块的具体结构进行介绍。
望远光机主体包括2个望远镜筒单元，分别记为第一望远镜筒单元和第二望远镜筒单元，第一望远镜筒单元包括第一镜筒，第一镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第一物镜组、第一滤光片、第一转向镜组和第一目镜组；第二望远镜筒单元包括第二镜筒，第二镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、第二转向镜组和第二目镜组，其中，二向色镜基于膜系设计，能够实现对波长小于700nm的光信号全投射(效率≥90％)，透射的光信号进入目镜组，实现了可见光望远。这里，物镜组和目镜组组成了基本的望远光路，转像镜组将物镜所形成的倒像旋转为正像，以方便人眼观测。镜筒起到固定各光学元件、电路板、电池盒等功能，使用者可通过望远光机主体实现对远外目标的观察。
本实施例的望远光机主体能够实现目标的放大倍数为2-10倍，考虑到便携式需求，物镜组中的物镜可以选择口径为56mm，焦距为184mm的物镜，目镜组和转向镜组中的目镜和棱镜可以分别选择焦距为23mm的凯尔纳目镜和屋脊棱镜，从而实现装置的小型化，装置的长度不大于160mm，便于携带。本实施例中，望远光机主体设计的核心指标为：屈光度调节±4、目距调节60～76mm、出瞳距离≥22mm。
光通信单元包括红外光发射支路和红外光接收支路，其中，红外光发射支路设置在望远光机主体上，并独立于望远光机主体，红外光通过机械接口固定在望远光机主体上，方便更换，可更换成不同的光束发散角，可适应不同通信距离、不同搭载平台特征，提高了适用性。红外光发射支路包括光源和红外物镜，光源可以是发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)，其波长处于可见光范围之外，可选择900nm到1550nm波段，从器件成熟度和成本考虑，优选940nm和1550nm。同时，考虑到人眼绝对安全、续航时间等限制，其出瞳光功率被严格限制在10mw以下。红外物镜对光源发出的光束进行整形并按照一定的发射角发散，该发散角的选取与光功率、最远通信距离等直接有关，可以将光束的发散角设计为1°～10°之间。红外物镜可以为缩束镜，将光源发出的较大的发散角缩小，发散角和前述望远支路的视场角处于一定的比例范围内，该范围既能能保证接收端光功率较大，又能保证对面使用者在望远的大部分视场区域内，合理数值比例范围实现“可见即可通”。
图2示出了根据本申请实施例红外光接收支路的结构示意图，参见图2，红外光接收支路包括沿光束的传播方向依次设置的第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、热反镜、缩束镜、第三滤光片和探测器，探测器设置在可见光离轴方向，其中，第二望远镜筒单元与红外光接收支路共用第二物镜组、第二滤光片、二向色镜。光束经第二物镜组、第二滤光片后到达二向色镜，二向色镜将通信波段的光(波长大于760nm)反射到热反镜，热反镜将光束反射到缩束镜，缩束镜用于对光束进行整形，将接收的光斑直径缩束到1/2光敏面大小，为例提高信噪比，缩束镜上镀窄带滤光膜，该窄带滤光膜的中心波长为红外信号光波长，其带宽为±20nm。探测器可为红外波段的雪崩二极管(APD)探测器、光电探测器(PIN)探测器，实现将接收到的红外光信号转换为微弱电信号，探测器光敏面尽可能的大以提高接收视场，本实施例选择的红外波段APD光敏面为5mm。需要说明的是，红外光接收支路可以集成在第二望远镜筒单元内，红外接收支路同样可独立于望远光机主体，通过挂点与望远光机主体连接，方便更换，以实现不同的接收视场角，可适应不同的平台特征，比如单兵运动中通信，车站平台行进中通信，船舶平台通信等。另外，二向色镜上镀有波长选择膜系，将通信波段的光(波长大于760nm)反射到通信单元，而让可见光透过。
本实施例中红外光发射支路和红外光接收支路在物理空间上分开布置，红外发射支路可以是独立的红外发射光机结构，可按需更换不同发散角的发射组件。两者的分开布置降低了后向散射光对接收的影响，提高了信噪比。
图3示出了根据本申请实施例的电子学单元的结构示意图，参见图3，电子学单元包括信号发射模组、信号接收模组和主控模组，电子学单元实现红外光束的发射功率控制以及红外光束接收信号强度控制。电子学单元与红外光接收支路红外光发射支路均连接。以下对各个模组的组成及功能进行介绍。
信号发射模组包括恒流驱动电路和调制电路，恒流驱动电路包括金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、驱动器和滤波电容，金氧半场效晶体管可以采用SI4405，驱动器可以为ADP3624，用于接收主控模组中的信号处理器输出的PWM信号；调节金氧半场效晶体管的导通和关闭的占空比，其调谐范围为(1％～99％)，“通断”电流经过滤波后成为恒流源；恒流驱动电路最大驱动电流为100mA，精度为1mA，可通过调节占空比实现了发射功率调节。恒流驱动电路的输出功率由信号处理器根据接收光功率强度进行自动控制，此为装置的发射增益控制。调制电路为MOSFET开关电路，用于将信号处理器输出的业务数据信号调制到恒流驱动电路上，由业务数据信号实现对光源的“开关”控制。
信号接收模组包括前置放大器和滤波电路，其中，前置放大器可以采用型号为OPA657U的跨阻放大器。将探测器输出的微弱电流信号转换为电压信号，其放大增益由信号处理器通过数字电位器进行调节，为可实现跨阻增益范围100Ω～10MΩ，从而实现了接收端第一级增益调节。滤波电路起到选择通过电路的信号频率作用，以滤除背景光影响，提高信噪比，实现更远距离通信。
主控模组包括信号处理器、可调放大器电路、模数转换电路、语音模块、灵敏度调节电路、接口单元。其中，信号处理器可以为XILINX公司的ZYNQ7020，用于实现发射功率控制、接收信号自适应增益控制、数据编解码、自动阈值二值化提取等。灵敏度调节电路包括高压驱动(型号为LT8365)、数模转换器(型号为LTC2630)，通过调节数模转换器(型号为LTC2630)输出的电压调节高压驱动(型号为LT8365)输出的电压，高压驱动(型号为LT8365)输出的电压作为探测器的工作偏压被用于调节探测器倍增因子，从而实现了接收端第二级增益调节。可调放大器电路包括放大器(型号为AD8338)和数模转换器(型号为LTC2630)，通过对放大器的放大倍数的调节，实现了信号幅值在电域的增益控制，即实现了接收端第三级增益调节。
经过三级增益后的模拟电信号送入模数转换电路，并最终由信号处理器采集，该信号幅值作为控制发射增益和接收增益的条件，实现增益闭环控制。信号处理单元通过接收端三级增益以及发射增益，实现了对距离变化、指向误差等造成的接收功率变化的自适应通信。
为了提升信噪比，提高通信距离，信号处理器的软件中设计了RS纠错码，信号处理器实现了自适应放大、基带数据提取、地理位置信息获取、测距等。另外，信号处理器可通过对外通信接口(网口、USB、耳机)等实现与装置外部数据通信，亦支持外部设置增益。
接口单元包括音频编解码模块、网络模块、USB模块以及指示灯、电池、耳机、麦克风等。音频编解码模块可以为WM8731，集成了音频ADC采集和DAC播放以及耳机驱动，可实现对麦克语音信号采集、耳机播放；设计了人机接口以方便收发双方快速对准和通信，接收信号强度的变化趋势同时以蜂鸣音和指示灯闪烁频率进行提醒。网络模块采用Marvell公司的88E1116PHY芯片，该芯片兼容1000M/100M速率，MAC部分由信号处理器内核完成，使得该终端可当作网络设备，实现以太网数据的收发，非常适合极端环境下无法布设网线、实时对讲等场景下使用，如抗险救灾、最后一公里通信等实现与其他通信设备并网或者离线的应用。
以下对信号处理单元的具体实现功能进行介绍。信号处理单元通过对接收端三级增益以及发射增益的控制，实现了信号自适应增益，同时信号处理单元对二值化阈值进行更新，实现了自适应阈值。需要说明的是，信号处理单元可以同时实现自适应增益和自适应阈值，也可以仅实现自适应增益或者自适应阈值。
本申请实施例提供一种通信距离自适应的无线光通信控制方法，方法包括：
步骤11，对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；这里，在对数字信号进行平滑滤波之前，对装置进行初始化，具体为：信号处理器分别按照默认值初始化发射功率、跨阻放大倍数、一级增益、二级增益、通信速率、语音采样率等。这里，多个采样周期可以为100个。
步骤12，计算滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V1的绝对值；这里，将100个采样周期内的高电平数据由高到底放入高电平数组，低电平数据由低到高放入低电平数组。
步骤13，确定绝对值与二值化阈值的大小关系，若绝对值≥二值化阈值，则结束调节，否则，执行步骤14；这里，二值化阈值具体可以为数模转换器ADC量程的1/3以上。
步骤14，确定平均值V1的绝对值与二值化阈值的误差Δ；
步骤15，判断误差Δ是否大于0，若否，以ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节，ɑ为步长因子，VDD为放大器电压值，N为数字电位器位数，若是，以-ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节，依次递增直到最大值；这里，ɑ的获取方式可以为：建立增益和控制电压的函数关系，取函数导数的最小值作为ɑ的值，例如ɑ可以为10，VDD＝3.3，N＝1024，计算得到的ɑ*VDD/2N＝30mv。
步骤16，计算增益调节后的滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V2的绝对值，若平均值V2的绝对值≥二值化阈值，则结束调节，否则，返回步骤11，进行下一级增益调节。
这里，当进入下一级增益调节，即第二级增益调节时，执行步骤11～步骤16，在不满足相应条件(平均值V2的绝对值≥二值化阈值)的情况下，进行第三级增益调节，同样执行步骤11～步骤16，在不满足相应条件(平均值V2的绝对值≥二值化阈值)的情况下，进行第四级增益调节，这里，第四级增益调节指的是发射增益调节，同样执行步骤11～步骤16，在不满足相应条件(平均值V2的绝对值≥二值化阈值)的情况下，装置关机。
进一步地，方法还包括对二值化阈值进行更新，包括：
首先，将多个采样周期中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
然后，计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；这里，第一设定数量P可以为100bit，第二设定数量Q可以为100bit。
最后，设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对滑动窗口的每次滑动，计算滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
值得注意的是，每次滑动结束后的滑动窗口均计算一个更新后的二值化阈值，针对滑动窗口内的信号数据采用该滑动窗口对应的二值化阈值进行二值化处理。
进一步地，方法还包括：根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
以上为信号处理单元仅实现自适应增益，以及同时实现自适应增益和自适应阈值的具体实现方式。
其他实施例中，信号处理单元还可以仅实现自适应阈值，具体实现过程如下：
步骤21，对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；
步骤22，将滤波后的数字信号中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
步骤23，计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；
步骤24，设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对滑动窗口的每次滑动，计算滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
进一步地，信号处理器还用于实现以下功能：
根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
综上，本申请解决了传统激光通信装置无法适应接收功率大动态范围变化的问题。在便携式终端上通过“自适应增益”和“自适应阈值”方法，克服了通信距离变化、对准误差及大气信道对通信性能的影响，可将现有便携式大气激光通信终端的重量降低到亚公斤级别，实现了手持式应用，适配的通信距离从几百米以内提升至5km，实现了在功率变化80dB范围内的实时光通信和可见光望远的“动中通”，大幅提升了便携式大气激光通信终端的通信范围。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种通信距离自适应的便携式无线光通信控制方法，其特征在于，包括：
步骤11，对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；
步骤12，计算所述滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V1的绝对值；
步骤13，确定所述绝对值与二值化阈值的大小关系，若所述绝对值≥所述二值化阈值，则结束调节，否则，执行步骤14；
步骤14，确定所述平均值V1的绝对值与所述二值化阈值的误差Δ；
步骤15，判断所述误差Δ是否大于0，若否，以ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节，ɑ为步长因子，VDD为放大器电压值，N为数字电位器位数，若是，以-ɑ*VDD/2N为步长值进行第一级增益调节；
步骤16，计算增益调节后的滤波后的数字信号中高电平数据的平均值V2的绝对值，若所述平均值V2的绝对值≥所述二值化阈值，则结束调节，否则，返回步骤11，进行下一级增益调节；依次类推，直到完成4级增益调节。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述二值化阈值进行更新。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述二值化阈值进行更新，包括：
将多个采样周期中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；
设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对所述滑动窗口的每次滑动，计算所述滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；
对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
5.一种通信距离自适应的便携式无线光通信装置，其特征在于，包括：望远光机主体、光通信单元和电子学单元，所述望远光机主体用于实现可见光望远，所述光通信单元用于实现红外光束的发射和接收，所述电子学单元用于实现红外光束的发射功率控制以及红外光束接收信号强度控制。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电子学单元包括信号处理器，用于实现权利要求1-4任意一项所述的通信距离自适应的便携式无线光通信控制方法。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电子学单元包括信号处理器，所述信号处理器用于实现以下功能：
对接收到的多个采样周期内的数字信号进行平滑滤波，得到滤波后的数字信号；
将滤波后的数字信号中大于初始二值阈值V0的信号数据置为逻辑“1”，其余信号数据置为逻辑“0”；
计算第一设定数量P的逻辑“1”的信号数据的均值Vhi，计算第二设定数量Q的逻辑“0”的信号数据的均值Vli，将二值化阈值更新为Vi＝(Vhi+Vli)/2；
设定滑动窗口，滑动窗口长度≤min(P，Q)，滑动窗口针对多个采样周期的信号数据进行滑动，针对所述滑动窗口的每次滑动，计算所述滑动窗口对应的更新后的二值化阈值Vj，包括：计算每次滑动结束后滑动窗口内的逻辑“1”的信号数据的均值Vhj，以及标准差δ，若Vhj＞Vhi，更新后的二值化阈值Vj＝Vi+δ，否则，Vj＝Vi-δ。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号处理器还用于实现以下功能：
根据更新后的二值化阈值Vj，对滑动窗口内的信号数据进行二值化处理；
对二值化处理后的信号数据进行纠错和解码以实现对信号的接收解调。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电子学单元包括：信号发射模组、信号接收模组和主控模组，所述信号发射模组包括恒流驱动电路和调制电路，所述信号接收模组包括前置放大器和滤波电路，所述主控模组包括信号处理器、可调放大器电路、模数转换电路、语音模块、灵敏度调节电路和接口单元。
10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述望远光机主体包括2个望远镜筒单元，分别记为第一望远镜筒单元和第二望远镜筒单元，所述第一望远镜筒单元包括第一镜筒，所述第一镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第一物镜组、第一滤光片、第一转向镜组和第一目镜组；所述第二望远镜筒单元包括第二镜筒，所述第二镜筒内沿可见光的传播方向依次设置有第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、第二转向镜组和第二目镜组。
11.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光通信单元包括红外光发射支路和红外光接收支路，所述红外光发射支路包括光源和红外物镜，所述红外光接收支路包括第二物镜组、第二滤光片、二向色镜、热反镜、缩束镜、第三滤光片和探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310744968.4A CN116633436A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310744968.4A CN116633436A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116633436A true CN116633436A (zh) | 2023-08-22 |
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ID=87609968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310744968.4A Pending CN116633436A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 通信距离自适应的便携式无线光通信装置及通信控制方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN116633436A (zh) |
-
2023
- 2023-06-21 CN CN202310744968.4A patent/CN116633436A/zh active Pending
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