[发明专利]一种水下高速无线激光通信系统

说明书

本发明提出一种水下高速无线激光通信系统，应用于水下航行体和远端设备之间的双向无线激光通信。系统发射端由高速光发射单元、光扩束准直单元组成，接收端由高速光接收单元、数据处理单元组成。远端设备上存储的数据转换为高速光信号并经扩束准直单元后发送至水下航行器，水下航行器接收远端设备传来的高速光信号恢复成电信号；水下航行器将控制信号转换为低速光信号，再经光扩束准直单元后将光信号发送至远端设备，远端设备接收水下航形器传来的控制光信号并转换为控制电信号。发射端采用激光扩束准直发射，接收端采用球透镜会聚耦合到接收光纤的接收方式，降低了对准难度，提高了信号光的耦合效率。该系统的传输距离为厘米量级，传输速率达到2.5Gbit/s，传输误码率小于10^‑6。

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，具体为一种水下高速无线激光通信系统，可实现水下近距离高速无线激光通信及数据传输。

背景技术

随着通信技术在水下捕捞、探测、安防等经济、科学、军事等领域的广泛应用，水下通信技术已成为当前水下信息获取的关键技术。目前普遍使用的水下声学通信方法在水下通信中具有通信距离远、通信可靠性高等优点，但是水下声学通信传输速率低、可用带宽有限。新兴的水下激光通信技术提供了新的技术手段。

为了能在水下密封舱体之间实现光纤信号的对接，国内外相关公司开发了水密穿舱座，水下插拔光连接器等产品来满足水下环境特种光信号接续的使用需求，但是水下光连接器的方案对定位精度要求很高。而目前水下航行器主要依靠遥控或自主控制手段进行定位，实现高精度定位的操作难度较大。因此需要找到一种更为可靠、实用的解决方案。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种水下高速无线激光通信系统，突破了水下激光通信的关键技术，实现了水下航行器与潜标等远端设备之间的高速非接触式高速无线激光通信。

本发明的技术方案为：

所述一种水下高速无线激光通信系统，其特征在于：水下航行器和远端设备的激光通信设备中均包括接收部分和发射部分；其中发射部分由光发射单元、光扩束准直单元组成，接收部分由光接收单元、数据处理单元；

所述远端设备上具有水下航行器的行进通道，且在行进通道上具有定位机构，当水下航行器进入远端设备的行进通道中时，定位机构能够将水下航行器与远端设备固定，使水下航行器的激光通信设备窗口与远端设备的激光通信设备窗口对准，且之间的水介质距离为2-3cm；

当水下航行器与远端设备固定后，远端设备上存储的数据通过光发射单元转换为光信号，并经光扩束准直单元扩束后，由水下航行器的光接收单元转换为电信号，并输入数据处理单元；水下航行器将控制信号通过光发射单元转换为光信号，并经光扩束准直单元扩束后，由远端设备的光接收单元转换为控制电信号，并输入数据处理单元；实现数据的双向传输。

进一步的优选方案，所述一种水下高速无线激光通信系统，其特征在于：光发射单元采用DFB激光器，激光波长为1310nm或1550nm，光接收单元采用APD接收器；发射光功率为6dBm，接收灵明度为-35dBm。

进一步的优选方案，所述一种水下高速无线激光通信系统，其特征在于：光扩束准直单元将激光束扩展为3mm直径的激光束。

进一步的优选方案，所述一种水下高速无线激光通信系统，其特征在于：在光接收单元前端加装球透镜，球透镜安装固定在FC-FC法兰盘的中间，法兰盘后端接光接收单元的尾纤，且通过激光通信设备窗口的激光束经过球透镜会聚后耦合到光纤端面上。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明能够实现水下近距离高速无线激光通信，已研制了样机，并经过实航验证，属于该技术领域的国内首次应用。在水下高速无线激光通信领域开辟了新的应用方向和实现方法。