[发明专利]水下无线声光通信装置和通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下通信，特别是一种水下无线声光通信装置和通信方法，该通信装置及方法，可以在海洋环境下实现信息的无线传输，既可以用来传输数据，也可以用于传输语音、图像、视频等多媒体信息，可以广泛应用于各种水下应用场合。

背景技术

海洋占地球表面积的近70%，随着人类开发与利用海洋的不断深入，如何在海水下实现大洋深处的有效通信成为一个难题。由于海水的趋肤效应，大海深处难以采用无线通信，而声波在海水中的损耗非常小，因此目前水下通信主要采用声通信方式，但是声波传输时的旁瓣较大，方向性不强，虽然通信距离较长但通信速率较低，保密性差，难于满足水下应用日渐增加的信息量传输需求。与此同时声通信受海洋环境影响严重，背景噪声较大，迫切需要一种中等距离的高速通信技术作为补充手段。蓝绿激光由于处于海水的低损耗窗口波长，适合用于水下无线光通信；脉冲位置调制由于具有高的峰值功率，广泛应用于长距离激光通信，采用脉冲位置调制的蓝绿激光通信特别适合水下长距离信息传输，随着脉冲激光器技术的不断发展，传输距离和通信速率也在不断增加，但是单纯的光通信难以双方互相对准，对跟踪扫描捕获的要求高、代价大。

结合水声通信和蓝绿激光通信的优点，本通信技术可以实现百米量级的水下传输距离，百kbps量级的通信速率，可以作为目前水下通信的一种有益补充，并且具有保密性强，通信速率高的特点，特别适合于大洋深处多传感器互联和水面平台与水下设备间的连续，具有重要的应用前景。

发明内容

本发明要解决的问题在于克服上述声通信或光通信在海洋环境应用时所遇到的难题，满足目前日益增长的水下中距离、高速率、隐蔽通信的要求，提供一种水下声光通信装置和通信方法，该装置可以解决在大洋深处中距离高速信息传输的难题，满足大洋深处多传感器互连、水下母船与子船、子船与子船间通信、母船与蛙人以及蛙人之间的通信场合，并可应用于水面大型舰艇编队间水面与水下协同配合，以及深海工作站与深海机器人间的通信。

本发明的技术解决方案如下：

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

所述的主控板包括信息输入输出单元、监控单元、数据存储单元、测距单元、编码调制单元、解调解码单元、扫描及姿态控制单元组成，所述的水深及姿态测量模块通过串口与主控板的监控单元连接，所述的声通信模块通过串口与主控板的数据输入输出单元连接，所述的主控板的扫描及姿态控制单元通过串口与所述的经纬仪的驱动单元连接，所述的激光发射望远镜和接收望远镜的光轴平行并通过安装法兰和螺钉固连在经纬仪的扫描头部上，所述的脉冲蓝绿激光器的激光驱动单元通过同轴电缆与主控板编码调制单元连接，所述的脉冲蓝绿激光器的光学头部通过光纤与激光发射望远镜连接，所述的光电探测与信号调理模块的光电探测器及前放单元通过法兰固定在接收望远镜的后焦平面，所述的光电探测与信号调理模块的主放与信号调理单元通过同轴电缆接入高速数据采集模块，该高速数据采集模块通过数据总线与主控板的解调解码单元互连。

所述的经纬仪为两轴经纬仪。

所述的接收望远镜是带3nm窄带干涉滤光片的接收望远镜。

所述的脉冲蓝绿激光器为小型化、高重频、高亮度全固态蓝绿激光器。

采用上述水下无线声光通信装置开展水下无线声光通信的方法，该方法的步骤如下：

①发起通信：系统上电，经纬仪复位，水深及姿态测量模块测量自身水深及三轴姿态，发送方声通信模块发送呼叫请求，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；