[发明专利]水下无线声光通信装置和通信方法

权利要求书

1.一种水下无线声光通信装置，其特征在于：包括水深及姿态测量模块（11）、声通信模块（12）、主控板（13）、经纬仪（14）、脉冲蓝绿激光器（15）、激光发射望远镜（16）、接收望远镜（17）、光电检测与信号调理模块（18）和高速数据采集模块（19），上述元部件的位置关系如下：

所述的主控板（13）包括信息输入输出单元（131）、监控单元（132）、数据存储单元（133）、测距单元（134）、编码调制单元（135）、解调解码单元（136）、扫描及姿态控制单元（137）组成，所述的水深及姿态测量模块（11）通过串口与主控板（13）的监控单元（132）连接，所述的声通信模块（12）通过串口与主控板（13）的数据输入输出单元（131）连接，所述的主控板（13）的扫描及姿态控制单元（137）通过串口与所述的经纬仪（14）的驱动单元（141）连接，所述的激光发射望远镜（16）和接收望远镜（17）的光轴平行并通过安装法兰和螺钉固连在经纬仪（14）的扫描头部（142）上，所述的脉冲蓝绿激光器（15）的激光驱动单元（151）通过同轴电缆与主控板（13）编码调制单元（135）连接，所述的脉冲蓝绿激光器（15）的光学头部（152）通过光纤与激光发射望远镜（16）连接，所述的光电探测与信号调理模块（18）的光电探测器及前放单元（181）通过法兰固定在接收望远镜（17）的后焦平面，所述的光电探测与信号调理模块（18）的主放与信号调理单元（182）通过同轴电缆接入高速数据采集模块（19），该高速数据采集模块（19）通过数据总线与主控板（13）的解调解码单元（136）互连。

2.根据权利要求1所述的水下无线声光通信装置，其特征在于所述的经纬仪（14）为两轴经纬仪。

3.根据权利要求1所述的水下无线声光通信装置，其特征在于所述的接收望远镜（17）是带3nm窄带干涉滤光片的接收望远镜。

4.根据权利要求1所述的水下无线声光通信装置，其特征在于所述的脉冲蓝绿激光器（15）为小型化、高重频、高亮度全固态蓝绿激光器。

5.采用权利要求1所述的水下无线声光通信装置开展水下无线声光通信的方法，其特征是该方法的步骤如下：

①发起通信：系统上电，经纬仪（14）复位，水深及姿态测量模块（11）测量自身水深及三轴姿态，发送方声通信模块（12）发送呼叫请求，等待被呼叫方应答，被呼叫方接收到呼叫请求信息后将发送同意通信应答信号；

②初步握手建立：发送方声通信模块（12）接收到同意通信应答信号后，停止发送呼叫请求信号，发送三轴姿态及水深参数；接收方接收到发送方姿态及水深参数后，停止发送通信应答信号，发送自身三轴姿态及水深参数；发送方接收到接收方三轴姿态及水深参数后，停止发送姿态及水深参数；发送方发送测距指令及测距信息，接收方接收到该指令后转发测距信息，发送方基于测距信息的传送时间间隔计算出双方距离，并将该距离信息发送给接收方，双方借助声通信手段建立握手；

③瞄准阶段：发送方基于自身的姿态及水深，两者之间的距离，结合接收方的姿态及水深，计算出相应的发射角度，通过经纬仪（14）将发射光束指向接收方所在区域进行扫描，该发射光束携带了自身编号信息；接收方基于自身的姿态及水深，两者之间的距离，结合发送方的姿态及水深，计算出相应的接收角度，通过经纬仪（14）将接收望远镜（17）指向发送方所在区域；接收方一旦接收到发送方的编号信息后通过声通信模块（12）告知发送方收到信号，发送方通过经纬仪（14）按当前扫描方向相反方向进行回退扫描，扫描时一旦没有接收到对方收到信号的信号后，再次按当前扫描方向的相反方向回退扫描，经过多次修正，直至接收方一直告知收到信号，一旦连续接收到信号超过10次，则认为已确认链路建立，并互相告知对方自身编号；

④发送信息：发送方声通信模块（12）接收到确认信息后告知主控板（12），主控板（12）将待发送信息编码调制到蓝绿激光信号上发送出去，发送过程中发送端借助三轴姿态和水深测量数据动态调节光束指向，确保发射光束一直都指向接收方；

⑤接收信息：接收方主控板（13）解调解码单元（136）接收到信息后进行实时解调解码，并对信号的完整性进行判断，发现某段信息错误超出自身纠错能力，则立即通过声通信模块（12）告知发送方，发送方一旦接收到该信息后，将采取重发的方式重新发送该段信息；发送方发送完全部信息后，等待接收方反馈信息，一旦告知通信完成，进入步骤⑥，如果接收方告知需要发送信息给发送方，则进行双方状态转换，由原接收方发送信息，原发送方接收信息，具体过程同步骤④⑤；

⑥结束通信：双方互相确认已经发送完全部信息并接收到全部对方信息后，结束通信。