一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線光電通信系統(tǒng)，具體是一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)通信質(zhì)量差的問題。一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置，包括發(fā)射端、接收端、告警電路、云臺、基座、殼體；所述發(fā)射端包括發(fā)射端電路、激光器、激光擴束鏡、光調(diào)制器、發(fā)射端光學(xué)天線；所述發(fā)射端電路包括信源輸入端口、發(fā)射端MCU、發(fā)射端DSP、光調(diào)制器控制芯片；所述接收端包括接收端光學(xué)天線、位置敏感探測器、光電傳感器、接收端電路；所述接收端光學(xué)天線包括會聚準(zhǔn)直透鏡、分束鏡；所述接收端電路包括接收端MCU、接收端DSP、信宿輸出端口。本發(fā)明適用于數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)、微微蜂窩網(wǎng)等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線光電通信系統(tǒng)，具體是一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線光電通信系統(tǒng)是一種結(jié)合電光轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)并以光波為載波的通信系統(tǒng)，其廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)、微微蜂窩網(wǎng)等領(lǐng)域。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，無線光電通信系統(tǒng)一般由信號源、發(fā)射端、接收端組成。實踐表明，現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)所限，存在通信質(zhì)量差的問題。具體而言，現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)在工作過程中，其發(fā)射端和接收端無法持續(xù)地保持正對(當(dāng)發(fā)射端和接收端正對時，信號誤碼率最低)，導(dǎo)致信號誤碼率高，由此導(dǎo)致信號傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致通信質(zhì)量差。為此有必要發(fā)明一種全新的無線光電通信系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)通信質(zhì)量差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)通信質(zhì)量差的問題，提供了一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置，包括發(fā)射端、接收端、告警電路、云臺、基座、殼體；
所述發(fā)射端包括發(fā)射端電路、激光器、激光擴束鏡、光調(diào)制器、發(fā)射端光學(xué)天線；
所述發(fā)射端電路包括信源輸入端口、發(fā)射端MCU、發(fā)射端DSP、光調(diào)制器控制芯片；
所述接收端包括接收端光學(xué)天線、位置敏感探測器、光電傳感器、接收端電路；
所述接收端光學(xué)天線包括會聚準(zhǔn)直透鏡、分束鏡；
所述接收端電路包括接收端MCU、接收端DSP、信宿輸出端口 ；
其中，信源輸入端口與發(fā)射端MCU雙向連接;信源輸入端口的輸出端與發(fā)射端DSP的輸入端連接;發(fā)射端MCU分別與發(fā)射端DSP和接收端MCU雙向連接;發(fā)射端MCU的輸出端與激光器的輸入端連接;發(fā)射端DSP的輸出端與光調(diào)制器控制芯片的輸入端連接;光調(diào)制器控制芯片的輸出端與光調(diào)制器的輸入端連接;激光器的輸出端與激光擴束鏡的輸入端連接;激光擴束鏡的輸出端與光調(diào)制器的輸入端連接;光調(diào)制器的輸出端與發(fā)射端光學(xué)天線的輸入端連接；
會聚準(zhǔn)直透鏡的出射面與分束鏡的入射面相對;分束鏡的兩個出射面分別與位置敏感探測器的入射端和光電傳感器的入射端相對;位置敏感探測器的輸出端與接收端MCU的輸入端連接;接收端MCU分別與接收端DSP和信宿輸出端口雙向連接;接收端MCU的輸出端分別與告警電路的輸入端和云臺的輸入端連接;光電傳感器的輸出端與接收端D S P的輸入端連接;接收端DSP的輸出端與信宿輸出端口的輸入端連接；
發(fā)射端電路、激光器、激光擴束鏡、光調(diào)制器、位置敏感探測器、光電傳感器、接收端電路、告警電路均封裝于殼體內(nèi)；發(fā)射端光學(xué)天線、接收端光學(xué)天線均貫穿鑲嵌于殼體的腔壁上;發(fā)射端、接收端、云臺的底座固定于基座的上表面;云臺的承載板固定于殼體的下表面。
[0005]—種自動定向追蹤并反饋的光電通信方法(該方法在本發(fā)明所述的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置中實現(xiàn))，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的:
a.在通信A方和通信B方分別安裝一臺光電通信裝置;光電通信裝置上電后，發(fā)射端MCU和接收端MCU均執(zhí)行初始化程序；
b.來自信源的電信號經(jīng)由通信A方的信源輸入端口分別加載至發(fā)射端MCU和發(fā)射端DSP;此時，發(fā)射端MCU控制激光器啟動;激光器產(chǎn)生點光源，該點光源投射至激光擴束鏡;激光擴束鏡將點光源擴散為均勻面光源，該均勻面光源投射至光調(diào)制器；與此同時，發(fā)射端DSP對電信號進行處理并生成LVDS信號，然后將電信號和LVDS信號均發(fā)送至光調(diào)制器控制芯片;LVDS信號驅(qū)動光調(diào)制器控制芯片，光調(diào)制器控制芯片將電信號發(fā)送至光調(diào)制器，并控制光調(diào)制器啟動;然后，光調(diào)制器以均勻面光源為載波，將電信號調(diào)制編碼為光信號，并將光信號發(fā)送至發(fā)射端光學(xué)天線;發(fā)射端光學(xué)天線將光信號定向發(fā)射出去；
c.來自通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線的光信號投射至通信B方的會聚準(zhǔn)直透鏡;會聚準(zhǔn)直透鏡將光信號轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直平行光信號，該準(zhǔn)直平行光信號投射至分束鏡;分束鏡將準(zhǔn)直平行光信號分為兩束相同的光信號，該兩束相同的光信號分別投射至位置敏感探測器和光電傳感器;此時，位置敏感探測器根據(jù)光信號測得通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線的方位信息，并將方位信息發(fā)送至接收端MCU;接收端MCU根據(jù)方位信息控制云臺旋轉(zhuǎn)，云臺帶動會聚準(zhǔn)直透鏡旋轉(zhuǎn)，使得會聚準(zhǔn)直透鏡與通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線相互正對;與此同時，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送至接收端DSP;接收端DSP對電信號進行譯碼解調(diào)及校驗;若電信號校驗通過，則接收端DSP通過信宿輸出端口將電信號發(fā)送至信宿，同時接收端DSP通過接收端MCU與發(fā)射端MCU進行通信，發(fā)射端MCU向通信A方發(fā)射反饋信號，由此完成本次通信;若電信號校驗未通過，則接收端DSP控制告警電路發(fā)出告警。
[0006]與現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置及方法基于全新的結(jié)構(gòu)和原理，使得接收端能夠自動定向追蹤發(fā)射端并反饋信息給發(fā)射端，由此使得發(fā)射端和接收端能夠持續(xù)地保持正對，從而將信號誤碼率降至了最低，使得信號傳輸質(zhì)量更穩(wěn)定，進而大幅提高了通信質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有無線光電通信系統(tǒng)通信質(zhì)量差的問題，適用于數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)、微微蜂窩網(wǎng)等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置的發(fā)射端電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置的接收端光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖5是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置的接收端電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6是本發(fā)明的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信方法的流程示意圖。
[0014]圖中:1-發(fā)射端，2-接收端，3-告警電路，4-云臺，5-基座，6-殼體，11_發(fā)射端電路，12-激光器，13-激光擴束鏡，14-光調(diào)制器，15-發(fā)射端光學(xué)天線，21-接收端光學(xué)天線，22-位置敏感探測器，23-光電傳感器，24-接收端電路，111-信源輸入端口，112-發(fā)射端M⑶，113-發(fā)射端DSP，114-光調(diào)制器控制芯片，211-會聚準(zhǔn)直透鏡，212-分束鏡，241-接收端MCU，242-接收端DSP，243-信宿輸出端口。
【具體實施方式】
[0015]一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置，包括發(fā)射端1、接收端2、告警電路3、云臺4、基座5、殼體6;
所述發(fā)射端I包括發(fā)射端電路11、激光器12、激光擴束鏡13、光調(diào)制器14、發(fā)射端光學(xué)天線15;
所述發(fā)射端電路11包括信源輸入端口 111、發(fā)射端MCUl 12、發(fā)射端DSPl 13、光調(diào)制器控制芯片114;
所述接收端2包括接收端光學(xué)天線21、位置敏感探測器22、光電傳感器23、接收端電路
24;
所述接收端光學(xué)天線21包括會聚準(zhǔn)直透鏡211、分束鏡212;
所述接收端電路24包括接收端MCU241、接收端DSP242、信宿輸出端口 243;
其中，信源輸入端口 111與發(fā)射端MCUl 12雙向連接;信源輸入端口 111的輸出端與發(fā)射端DSPl 13的輸入端連接;發(fā)射端MCUl 12分別與發(fā)射端DSPl 13和接收端MCU241雙向連接;發(fā)射端M⑶112的輸出端與激光器12的輸入端連接;發(fā)射端DSP113的輸出端與光調(diào)制器控制芯片114的輸入端連接;光調(diào)制器控制芯片114的輸出端與光調(diào)制器14的輸入端連接;激光器12的輸出端與激光擴束鏡13的輸入端連接;激光擴束鏡13的輸出端與光調(diào)制器14的輸入端連接;光調(diào)制器14的輸出端與發(fā)射端光學(xué)天線15的輸入端連接；
會聚準(zhǔn)直透鏡211的出射面與分束鏡212的入射面相對;分束鏡212的兩個出射面分別與位置敏感探測器22的入射端和光電傳感器23的入射端相對;位置敏感探測器22的輸出端與接收端MCU241的輸入端連接;接收端MCU241分別與接收端DSP242和信宿輸出端口 243雙向連接;接收端MCU241的輸出端分別與告警電路3的輸入端和云臺4的輸入端連接;光電傳感器23的輸出端與接收端DSP242的輸入端連接;接收端DSP242的輸出端與信宿輸出端口243的輸入端連接；
發(fā)射端電路11、激光器12、激光擴束鏡13、光調(diào)制器14、位置敏感探測器22、光電傳感器23、接收端電路24、告警電路3均封裝于殼體6內(nèi)；發(fā)射端光學(xué)天線15、接收端光學(xué)天線21均貫穿鑲嵌于殼體6的腔壁上;發(fā)射端1、接收端2、云臺4的底座固定于基座5的上表面;云臺4的承載板固定于殼體6的下表面。
[0016]該裝置是基于位置敏感探測器22實現(xiàn)的:來自通信A方的光信號經(jīng)通信B方的接收端光學(xué)天線21接收后投射到位置敏感探測器22，位置敏感探測器22根據(jù)光信號測得通信A方的方位信息。
[0017]—種自動定向追蹤并反饋的光電通信方法(該方法在本發(fā)明所述的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置中實現(xiàn))，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的: a.在通信A方和通信B方分別安裝一臺光電通信裝置;光電通信裝置上電后，發(fā)射端MCUl 12和接收端MCU241均執(zhí)行初始化程序；
b.來自信源的電信號經(jīng)由通信A方的信源輸入端口111分別加載至發(fā)射端MCU112和發(fā)射端DSPl 13;此時，發(fā)射端MCUl 12控制激光器12啟動;激光器12產(chǎn)生點光源，該點光源投射至激光擴束鏡13;激光擴束鏡13將點光源擴散為均勻面光源，該均勻面光源投射至光調(diào)制器14;與此同時，發(fā)射端DSP113對電信號進行處理并生成LVDS信號，然后將電信號和LVDS信號均發(fā)送至光調(diào)制器控制芯片114;LVDS信號驅(qū)動光調(diào)制器控制芯片114，光調(diào)制器控制芯片114將電信號發(fā)送至光調(diào)制器14，并控制光調(diào)制器14啟動；然后，光調(diào)制器14以均勻面光源為載波，將電信號調(diào)制編碼為光信號，并將光信號發(fā)送至發(fā)射端光學(xué)天線15;發(fā)射端光學(xué)天線15將光信號定向發(fā)射出去；
c.來自通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線15的光信號投射至通信B方的會聚準(zhǔn)直透鏡211;會聚準(zhǔn)直透鏡211將光信號轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直平行光信號，該準(zhǔn)直平行光信號投射至分束鏡212;分束鏡212將準(zhǔn)直平行光信號分為兩束相同的光信號，該兩束相同的光信號分別投射至位置敏感探測器22和光電傳感器23;此時，位置敏感探測器22根據(jù)光信號測得通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線15的方位信息，并將方位信息發(fā)送至接收端MCU241;接收端MCU241根據(jù)方位信息控制云臺4旋轉(zhuǎn)，云臺4帶動會聚準(zhǔn)直透鏡211旋轉(zhuǎn)，使得會聚準(zhǔn)直透鏡211與通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線15相互正對;與此同時，光電傳感器23將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送至接收端DSP242;接收端DSP242對電信號進行譯碼解調(diào)及校驗;若電信號校驗通過，則接收端DSP242通過信宿輸出端口 243將電信號發(fā)送至信宿，同時接收端DSP242通過接收端MCU241與發(fā)射端MCUl 12進行通信，發(fā)射端MCUl 12向通信A方發(fā)射反饋信號，由此完成本次通信;若電信號校驗未通過，則接收端DSP242控制告警電路3發(fā)出告警。
[0018]具體實施時，所述云臺4為360度全景云臺。所述殼體6為三棱柱狀殼體。
【主權(quán)項】
1.一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置，其特征在于:包括發(fā)射端(I)、接收端(2)、告警電路(3)、云臺(4)、基座(5)、殼體(6); 所述發(fā)射端(I)包括發(fā)射端電路(11)、激光器(12)、激光擴束鏡(13)、光調(diào)制器(14)、發(fā)射端光學(xué)天線(15)； 所述發(fā)射端電路(11)包括信源輸入端口( 111)、發(fā)射端MCU( 112)、發(fā)射端DSP(113 )、光調(diào)制器控制芯片(114)； 所述接收端(2)包括接收端光學(xué)天線(21)、位置敏感探測器(22)、光電傳感器(23)、接收端電路(24); 所述接收端光學(xué)天線(21)包括會聚準(zhǔn)直透鏡(211)、分束鏡(212); 所述接收端電路(24)包括接收端MCU(241)、接收端DSP(242)、信宿輸出端口(243);其中，信源輸入端口( 111)與發(fā)射端M⑶(112 )雙向連接;信源輸入端口( 111)的輸出端與發(fā)射端DSP( 113)的輸入端連接；發(fā)射端MCU( 112)分別與發(fā)射端DSP( 113)和接收端MCU(241)雙向連接;發(fā)射端MCU(112 )的輸出端與激光器(12 )的輸入端連接;發(fā)射端DSP(113 )的輸出端與光調(diào)制器控制芯片(114)的輸入端連接;光調(diào)制器控制芯片(114)的輸出端與光調(diào)制器(14 )的輸入端連接;激光器(12 )的輸出端與激光擴束鏡(13 )的輸入端連接;激光擴束鏡(13)的輸出端與光調(diào)制器(14)的輸入端連接;光調(diào)制器(14)的輸出端與發(fā)射端光學(xué)天線(15)的輸入端連接；會聚準(zhǔn)直透鏡(211)的出射面與分束鏡(212 )的入射面相對;分束鏡(212 )的兩個出射面分別與位置敏感探測器(22)的入射端和光電傳感器(23)的入射端相對;位置敏感探測器(22)的輸出端與接收端M⑶(241)的輸入端連接;接收端M⑶(241)分別與接收端DSP(242)和信宿輸出端口(243)雙向連接;接收端MCU(241)的輸出端分別與告警電路(3)的輸入端和云臺(4)的輸入端連接;光電傳感器(23)的輸出端與接收端DSP(242)的輸入端連接;接收端DSP(242)的輸出端與信宿輸出端口( 243)的輸入端連接；發(fā)射端電路(11)、激光器(12)、激光擴束鏡(13)、光調(diào)制器(14)、位置敏感探測器(22)、光電傳感器(23)、接收端電路(24)、告警電路(3)均封裝于殼體(6)內(nèi)；發(fā)射端光學(xué)天線(15)、接收端光學(xué)天線(21)均貫穿鑲嵌于殼體(6)的腔壁上；發(fā)射端(1)、接收端(2)、云臺(4)的底座固定于基座(5)的上表面;云臺(4)的承載板固定于殼體(6)的下表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置，其特征在于:該裝置是基于位置敏感探測器(22)實現(xiàn)的:來自通信A方的光信號經(jīng)通信B方的接收端光學(xué)天線(21)接收后投射到位置敏感探測器(22)，位置敏感探測器(22)根據(jù)光信號測得通信A方的方位信息。3.一種自動定向追蹤并反饋的光電通信方法，該方法在如權(quán)利要求1所述的一種自動定向追蹤并反饋的光電通信裝置中實現(xiàn)，其特征在于:該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的: a.在通信A方和通信B方分別安裝一臺光電通信裝置;光電通信裝置上電后，發(fā)射端MCU(112)和接收端MCU( 241)均執(zhí)行初始化程序； b.來自信源的電信號經(jīng)由通信A方的信源輸入端口(111)分別加載至發(fā)射端MCU(112)和發(fā)射端DSP( 113);此時，發(fā)射端MCU( 112)控制激光器(12)啟動;激光器(12)產(chǎn)生點光源，該點光源投射至激光擴束鏡(13);激光擴束鏡(13)將點光源擴散為均勻面光源，該均勻面光源投射至光調(diào)制器(14);與此同時，發(fā)射端DSP(113)對電信號進行處理并生成LVDS信號，然后將電信號和LVDS信號均發(fā)送至光調(diào)制器控制芯片(114) ;LVDS信號驅(qū)動光調(diào)制器控制芯片(114)，光調(diào)制器控制芯片(114)將電信號發(fā)送至光調(diào)制器(14)，并控制光調(diào)制器(14)啟動;然后，光調(diào)制器(14)以均勻面光源為載波，將電信號調(diào)制編碼為光信號，并將光信號發(fā)送至發(fā)射端光學(xué)天線(15);發(fā)射端光學(xué)天線(15)將光信號定向發(fā)射出去；c.來自通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線(15)的光信號投射至通信B方的會聚準(zhǔn)直透鏡(211);會聚準(zhǔn)直透鏡(211)將光信號轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直平行光信號，該準(zhǔn)直平行光信號投射至分束鏡(212);分束鏡(212)將準(zhǔn)直平行光信號分為兩束相同的光信號，該兩束相同的光信號分別投射至位置敏感探測器(22)和光電傳感器(23);此時，位置敏感探測器(22)根據(jù)光信號測得通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線(15)的方位信息，并將方位信息發(fā)送至接收端MCU(241);接收端M⑶(241)根據(jù)方位信息控制云臺(4)旋轉(zhuǎn)，云臺(4)帶動會聚準(zhǔn)直透鏡(211)旋轉(zhuǎn)，使得會聚準(zhǔn)直透鏡(211)與通信A方的發(fā)射端光學(xué)天線(15)相互正對;與此同時，光電傳感器(23)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送至接收端DSP(242);接收端DSP(242)對電信號進行譯碼解調(diào)及校驗;若電信號校驗通過，則接收端DSP(242)通過信宿輸出端口(243)將電信號發(fā)送至信宿，同時接收端DSP(242)通過接收端MCU(241)與發(fā)射端MCU(112)進行通信，發(fā)射端MCU(112)向通信A方發(fā)射反饋信號，由此完成本次通信;若電信號校驗未通過，則接收端DSP(242)控制告警電路(3)發(fā)出告警。
【文檔編號】H04B10/516GK105897343SQ201610191459
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】穆繼亮, 丑修建, 張鵬, 何劍, 劉立, 王二偉, 徐方良, 熊繼軍, 薛晨陽
【申請人】中北大學(xué)