[发明专利]水下全向LD绿激光双工通信系统

说明书

本发明涉及一种水下全向LD绿激光双工通信系统。它是一种可用于水下机动/固定平台之实现互联互通的激光通信手段。该系统包括安装在水下有人/无人航行器上的激光通信主站A和加装在水下固定/投放传感器上的激光通信子站B(可多个)，A、B站均采用同样的激光通信发射与接收设备。本发明以LD绿激光作水下激光通信光源，以半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤实现对激光通信发射方向的选择，并可借助CCD水下摄像机实现对激光通信光束方向的选择，为构建一种水下高速、大容量、无缆型激光通信链路提供技术支持，具有重要的军民两用前景。

技术领域

本发明属于水下激光通信技术领域。水下全向LD绿激光双工通信系统为水下有人/无人航行器与水下投放/固定传感器之间实现互通互联，提供一种水下高速、大容量、非接触式的全向激光通信方式，并兼有大视场水下激光照明能力。

背景技术

水下通信是实现水下平台之间信息交互的重要手段，目前多采用声波通信技术，其优点是距离远、技术成熟，缺点是传输速率低(10kbps左右)、容易暴露。而近年来正在起步发展的水下激光通信技术，则可作为水下声波通信的一种重要的短距通信补充手段，它的最大特点是传输速率高(可达Mbps)，适合传输图像信息；隐蔽性好，不易被发现；体积小、成本低，适合小型水下无人平台承载。

本发明采用水下透射系数最高的480-532nm的蓝绿半导体激光作为通信光源，该波段激光的水下穿透能力强，作用距离远；利用对LD(半导体激光器)激光电源的直接调制，可方便加载通信调制信号，很容易实现激光通信功能；充分发挥半导体激光器独有的电光转换效率高、体积小、重量轻和可靠性好的特点，有效降低在水下航行器或水下传感器等小型平台上使用的压力。据此，本发明提出一种能够实现全向发射、全向接收和双工激光通信的新技术，克服水下运动平台之间进行激光通信时的相互对准难题，并实现对水下传感器采集数据的快速传递。

本发明是一种具有广阔应用前景的军民两用技术。例如，民用方面：可用于水下深潜器与携带或摆放在水中传感器之间的工作状态控制，特别是大容量图像传感器获取信息的动态实时采集；可用于水下无人航行器之间的信息传递、协同引导和组网工作；可用于水下机器人与水面操控母船之间的信息传递，借助无缆通信方式，使得水下机器人的活动更为灵活、机动范围更大；可用于水下沉船打捞或小空间范围水下作业，利用激光通信方式将前出设备(或机械手)获取的图像信息实时传递出去，大大提高水下作业平台的观察范围与自身安全性。军用方面：最适合用于水下声静默环境下，可为处于隐蔽集结状态下的多航行器提供一种相互之间的短程激光通信手段，便于扩展水下监测或警戒范围；可用于水下无人航行器编队或蛙人编组之间的信息沟通或指令传递，提高整个编队的行动能力。

基于LD绿激光构建的水下全向双工激光通信系统，国内为首次，国外至今未见报道。

发明内容

本发明是为实现在水下有人航行器和无人航行器之间或水下临时投放和固定放置传感器之间，能够进行指令/数据/图像的互联互通，及对水下传感器采集数据的快速传递，而提出的一种高速、大容量、无缆型水下全向激光双工通信的系统技术。

本发明水下全向LD绿激光双工通信系统是按下述方案实现的。它以LD绿激光作为水下激光通信光源；利用半球型激光发射/接收光学窗口和多路开关型组束光纤，实现对激光通信发射方向的大范围选择与小角度发射；在多路分布式高速激光探测器接收激光通信信号的同时，借助水下平台普遍采用的大视场CCD摄像机对激光通信光束实施空间定向，上述措施的综合运用，可为缓解水下运动/固定平台之间激光双工通信的对准难题提供一条新的技术途径，构成一套适用于水下不同类型平台之间进行高速、大容量、无缆型水下激光通信的局域网。