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专利号: 2021116751142
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征是:该装置包括A/B型非对称通信光端机,其中A型通信光端机安装在水下航行器上,B型通信光端机安装于海底通信基站,所述A型通信光端机由通信发射光源A(1)、信标发射光源A(2)、光学发射窗口A(3)、光学接收窗口A(4)、双色分光片A(5)、反射镜A(6)、第一聚焦透镜A(7)、第二聚焦透镜A(8)、第一窄带滤光片A(9)、第二窄带滤光片A(10)、CCD相机A(11)、APD光电探测器A(12)、二维伺服转台A(13)和上位机A(14);

所述B型通信光端机由通信发射光源B(15)、信标发射光源B(16)、光学发射窗口B(17)、光学接收窗口B(18)、双色分光片B(19)、反射镜B(20)、第一聚焦透镜B(21)、第二聚焦透镜B(22)、第一窄带滤光片B(23)、第二窄带滤光片B(24)、CCD相机B(25)、APD光电探测器B(26)、二维伺服转台B(27)和上位机B(28);

信标发射光源A(2)发射信标光,经过激光合束器、光学发射窗口A(3)后进入水下信道,所述上位机A(14)向二维伺服转台A(13)发射控制指令,开始控制信标发射光源A(2)的初始发射指向进入捕获不确定区域,信标光在所述捕获不确定区域内进行逐点扫描,直至信标光经过光学接收窗口B(18)后,依次经过双色分光片B(19)、第一聚焦透镜B(21)以及第一窄带滤光片B(23)进入CCD相机B(25)的视场内,所述二维伺服转台A(13)继续对信标发射光源A(2)所发射信标光的光轴进行收敛扫描,直至信标发射光源A(2)的光斑进入到CCD相机B(25)的光学视场中央,此时在双色分光片B(19)和反射镜B(20)的作用下,所述信标光依次经第二聚焦透镜B(22)和第二窄带滤光片B(24)进入到APD光电探测器B(26)的光学视场内,实现建立A型通信光端机至B型通信光端机的通信链路;

所述信标发射光源B(16)发射信标光,经过光学发射窗口B(17)进入水下信道,上位机B(28)向二维伺服转台B(27)发射控制指令,控制信标发射光源B(16)的初始发射指向进入捕获不确定区域,并在所述捕获不确定区域内进行逐点扫描,直至信标光经过光学接收窗口A(4)后,依次经双色分光片A(5)、第一聚焦透镜A(7)和第一窄带滤光片A(9)传输至CCD相机A(11)的光学视场内;所述二维伺服转台B(27)继续对信标发射光源B(16)所发射信标光的指向进行收敛调整,直至信标发射光源B(16)的光斑进入到CCD相机A(11)的光学视场中央,此时在双色分光片A(5)和反射镜A(6)的作用下,信标光依次经第二聚焦透镜A(8)和第二窄带滤光片A(10)进入到APD光电探测器A(12)的光学视场内,实现建立B型通信光端机至A型通信光端机的通信链路。

2.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述通信发射光源A(1)的波长为475nm,发射光功率为20dBm;信标发射光源A(2)的波长为

532nm,发射光功率为30dBm;通信发射光源B(15)的波长为450nm,发射光功率为20dBm,信标发射光源B(16)的波长为520nm,发射光功率为30dBm,所述通信发射光源A(1)和信标发射光源A(2),通信发射光源B(15)和信标发射光源B(16)均采用同光轴合束装配。

3.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述光学发射窗口A(3)、光学接收窗口A(4)、光学发射窗口B(17)、光学接收窗口(18)均采用光学玻璃材质作为基底,并进行蓝绿光波段的光学镀膜,确保上述光学窗口对蓝绿波段激光的透过率达到95%以上,窗口直径≥30mm。

4.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述双色分光片A(5)实现对520nm激光的透过率≥90%,对450nm激光的反射率为90%,其安装位置与光学接收窗口A(4)的主光轴呈45°角放置;

所述双色分光片B(19)实现对532nm激光的透过率≥90%,对475nm激光的反射率为

90%,其安装位置与光学接收窗口B(18)的主光轴呈45°角放置,所述双色分光片A(5)和双色分光片B(19)的直径均为25.4mm。

5.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述反射镜A(6)对450nm激光为高反射,反射率≥95%,所述反射镜B(20)对475nm激光为高反射,反射率≥95%;

所述反射镜A(6)的安装位置与APD光电探测器A(12)的主光轴呈45°角放置;

所述反射镜B(20)的安装位置与APD光电探测器B(26)的主光轴呈45°角放置,直径为

25.4mm;

所述反射镜A(6)和反射镜B(20)的直径均为25.4mm;

所述APD光电探测器A(12)与APD光电探测器B(26)的有效感光面积均为直径3mm,最大截止带宽为40MHz,光功率灵敏度‑49dBm。

6.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述第一聚焦透镜A(7)的中心波长为520nm,第二聚焦透镜A(8)中心波长为450nm,第一聚焦透镜B(21)中心波长为532nm,第二聚焦透镜B(22)中心波长为475nm;

所述第一聚焦透镜A(7)、第二聚焦透镜A(8)、第一聚焦透镜B(21)和第二聚焦透镜B(22)的透过率、焦距以及直径均相同。

7.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述第一窄带滤光片A(9)的中心波长为520nm,第二窄带滤光片A(10)的中心波长为450nm,第一窄带滤光片B(23)的中心波长为532nm,第二窄带滤光片B(24)的中心波长为475nm;

所述第一窄带滤光片A(9)、第二窄带滤光片A(10)、第一窄带滤光片B(23)和第二窄带滤光片B(24)的截止带宽、透过率以及直径均相同。

8.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述CCD相机A(11)与CCD相机B(25)的分辨率均为1024×1024,光功率灵敏度为‑60dBm,响应光谱范围为350nm~1100nm。

9.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:

所述二维伺服转台A(13)与二维伺服转台B(27)的跟踪精度均为0.3mrad,稳定精度均为2

0.1mrad,引导指向精度≤1mrad,最大角速度20°/s,最大角加速度5°/s ,工作方位范围±

175°,工作俯仰范围‑70°~10°,捕获不确定区域为174mrad左右,供电电压均为28V。

10.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信链路的动态捕获跟踪装置,其特征在于:所述上位机A(14)和上位机B(28)分别发送控制二维伺服转台A(13)和二维伺服转台B(27)指令,且能够处理CCD相机A(11)和CCD相机B(25)所提供的脱靶量信息,并根据将接收的所述脱靶量信息反馈至二维伺服转台A(13)和二维伺服转台B(27);

所述上位机A(14)和上位机B(28)还能够分别处理APD光电探测器A(12)和APD光电探测器B(26)传递的光信号,显示系统传递的数据信息及误码率特征参数。