本發(fā)明專利技術公開了一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置及方法，該裝置發(fā)送端聚焦透鏡、壓電陶瓷、驅動器，接收端包括激光器、光學準直天線、半反半透鏡、光學長焦鏡頭、高速相機、視頻信號采集卡、圖像信號處理模塊。激光器發(fā)出激光光束，經過光學準直天線準直后穿過半反半透鏡，被聚焦透鏡匯聚后入射至壓電陶瓷形成激光散斑圖案；驅動器根據輸入信號調制壓電陶瓷產生振動，使激光散斑圖案發(fā)生相應變化；壓電陶瓷反射的光束沿原路回射至接收端，被半反半透鏡反射至光學長焦鏡頭，通過改變焦距使激光散斑圖案散焦虛化，并由高速相機采集得到激光散斑圖像輸出至圖像信號處理模塊，根據灰度值的大小還原信號。本發(fā)明專利技術能夠對弱光信號進行檢測，結構簡單、操作簡便。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線光通信
，特別是一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置及方法。
技術介紹
近些年發(fā)展起來的逆向調制無線光通信，利用“貓眼”效應可以減去傳統(tǒng)無線光通信系統(tǒng)一個終端的發(fā)射機和跟瞄系統(tǒng)，在一定程度上降低了無線光通信系統(tǒng)的技術復雜度，引起了研究人員的廣泛關注。逆向調制自由空間光通信系統(tǒng)的發(fā)送端配置一個帶“貓眼”光學系統(tǒng)的逆向調制器(Modulating Retro-Reflector，MRR)。在這個系統(tǒng)中，接收端首先發(fā)出經過準直的激光光束給發(fā)送端，聚焦透鏡和壓電陶瓷構成“貓眼”光學逆向調制器，驅動器調制壓電陶瓷，使得入射的光束被調制后沿著原方向返回。應用光學逆向調制技術的光通信系統(tǒng)采用逆向調制信號進行通信，免去其中一個終端的跟瞄系統(tǒng)，減輕了其中一個終端的體積和重量，增加了通信系統(tǒng)應用的靈活性。逆向調制無線光通信系統(tǒng)從一定程度上解決了傳統(tǒng)無線光通信系統(tǒng)存在的需要自動跟瞄等問題，因此各國對這一技術相當重視并進行了大量的研究。國外對逆向調制技術的研究相比于國內起步較早。美國海軍實驗室(NRL)從1998年開始就對其戰(zhàn)術應用進行了研究，并且應用于爆炸性軍械處理(EOD)、無人機(UAVs)和無人戰(zhàn)車(UGVs)三個領域。此外，英國、瑞典等國家也都開展有相關研究。但是目前逆向調制無線光通信中普遍存在接收光信號弱難以檢測的問題。為此，在接收時需要設計較大口徑的光學天線，并采用高靈敏度的光檢測器(如AMD雪崩倍增光電二極管和PMT光電倍增管)，這樣又使得系統(tǒng)變得更復雜，體積和重量更大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能夠實現弱光信號檢測的基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置及方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，包括發(fā)送端和接收端，其中發(fā)送端包括聚焦透鏡、壓電陶瓷、驅動器，接收端包括激光器、光學準直天線、半反半透鏡、光學長焦鏡頭、高速相機、視頻信號采集卡、圖像信號處理模塊；所述激光器、光學準直天線、半反半透鏡、聚焦透鏡、壓電陶瓷依次共光軸設置，驅動器的輸出端接入壓電陶瓷；光學長焦鏡頭與高速相機配套設置，且高速相機的輸出端通過視頻信號采集卡接入圖像信號處理模塊；接收端的激光器發(fā)出激光光束，經過光學準直天線準直，準直后的光束穿過半反半透鏡后在大氣信道中傳輸，經過大氣信道傳輸到達發(fā)送端的光束被聚焦透鏡匯聚后入射至壓電陶瓷，光束在壓電陶瓷的表面形成激光散斑圖案；驅動器根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷產生振動，使壓電陶瓷表面形成的激光散斑圖案發(fā)生相應變化；壓電陶瓷反射的光束通過聚焦透鏡后沿原路回射至接收端，激光散斑圖案攜帶的信息也被傳回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透鏡反射至光學長焦鏡頭，光學長焦鏡頭通過改變焦距使回射的激光散斑圖案散焦虛化，散焦虛化后的激光散斑圖案由高速相機采集得到激光散斑圖像，該激光散斑圖像通過視頻信號采集卡輸出至圖像信號處理模塊，圖像信號處理模塊檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原發(fā)送端的語音或數據信號。優(yōu)選地，所述壓電陶瓷不位于聚焦透鏡的焦點位置。優(yōu)選地，所述高速相機的幀頻為所傳輸語音或數據信號帶寬的兩倍以上。一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信方法，步驟如下：步驟1，接收端的激光器發(fā)出激光光束，經過光學準直天線準直，準直后的光束穿過半反半透鏡后在大氣信道中傳輸；步驟2，經過大氣信道傳輸到達發(fā)送端的光束被聚焦透鏡匯聚后入射至壓電陶瓷，光束在壓電陶瓷的表面形成激光散斑圖案；驅動器根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷產生振動，使壓電陶瓷表面形成的激光散斑圖案發(fā)生相應變化；步驟3，壓電陶瓷反射的光束通過聚焦透鏡后沿原路回射至接收端，激光散斑圖案攜帶了待發(fā)送信號的信息也被傳回到接收端；步驟4，回射至接收端的光束被半反半透鏡反射至光學長焦鏡頭，光學長焦鏡頭通過改變焦距使回射的激光散斑圖案散焦虛化，散焦虛化后的激光散斑圖案由高速相機采集得到激光散斑圖像；步驟5，高速相機采集的激光散斑圖像通過視頻信號采集卡輸出至圖像信號處理模塊，圖像信號處理模塊檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原輸出語音或數據信號。進一步地，步驟2所述驅動器根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷產生振動，具體為：采用強度調制的方法，根據輸入信號的大小改變壓電陶瓷振動的幅度，從而實現信號的調制。進一步地，步驟5所述圖像信號處理模塊檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原輸出語音或數據信號，具體為：在接收端，選擇激光散斑圖像的部分區(qū)域或者全部區(qū)域，將所選區(qū)域內每一個像素的灰度值迭加，迭加后所得總的灰度值隨著發(fā)送端壓電陶瓷的振動而改變，根據灰度值的大小還原語音或數據信號，完成解調實現通信。本專利技術與現有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：(1)以檢測激光散斑圖案的灰度值來恢復原始信號，它能感知微弱的光信號變化，實現弱光信號檢測；(2)降低了系統(tǒng)的復雜度，減小了通信設備的體積和重量。附圖說明圖1是本專利技術基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置的結構示意圖。圖2是壓電陶瓷振動前后的散斑圖，其中(a)是壓電陶瓷振動前的散斑圖，(b)是壓電陶瓷振動后的散斑圖。圖3是激光散斑圖的局部放大圖。圖4是圖像信號處理模塊根據激光散斑圖像灰度值所還原的原始信號圖。具體實施方式本專利技術公開的基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信方法將激光散斑測量技術應用于逆向調制無線光通信系統(tǒng)，可利用檢測激光散斑的方法實現弱光信號檢測，從而實現逆向調制無線光通信。結合圖1，本專利技術基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，包括發(fā)送端和接收端，其中發(fā)送端包括聚焦透鏡1、壓電陶瓷2、驅動器3，接收端包括激光器4、光學準直天線5、半反半透鏡6、光學長焦鏡頭7、高速相機8、視頻信號采集卡9、圖像信號處理模塊10；所述激光器4、光學準直天線5、半反半透鏡6、聚焦透鏡1、壓電陶瓷2依次共光軸設置，驅動器3的輸出端接入壓電陶瓷2；光學長焦鏡頭7與高速相機8配套設置，且高速相機8的輸出端通過視頻信號采集卡9接入圖像信號處理模塊10；工作過程為：接收端的激光器4發(fā)出激光光束，經過光學準直天線5準直，準直后的光束穿過半反半透鏡6后在大氣信道中傳輸，經過大氣信道傳輸到達發(fā)送端的光束被聚焦透鏡1匯聚后入射至壓電陶瓷2，光束在壓電陶瓷2的表面形成激光散斑圖案；驅動器3根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷2產生振動，使壓電陶瓷2表面形成的激光散斑圖案發(fā)生相應變化；壓電陶瓷2反射的光束通過聚焦透鏡1后沿原路回射至接收端，激光散斑圖案攜帶的信息也被傳回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透鏡6反射至光學長焦鏡頭7，光學長焦鏡頭7通過改變焦距使回射的激光散斑圖案散焦虛化，散焦虛化后的激光散斑圖案由高速相機8采集得到激光散斑圖像，該激光散斑圖像通過視頻信號采集卡9輸出至圖像信號處理模塊10，圖像信號處理模塊10檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原發(fā)送端的語音或數據信號。優(yōu)選地，所述壓電陶瓷2不位于聚焦透鏡1的焦點位置。優(yōu)選地，所述高速相機8的幀頻為所傳輸語音或數據信號帶寬的兩倍以上。本專利技術基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信方法，步驟如下：步驟本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，其特征在于，包括發(fā)送端和接收端，其中發(fā)送端包括聚焦透鏡(1)、壓電陶瓷(2)、驅動器(3)，接收端包括激光器(4)、光學準直天線(5)、半反半透鏡(6)、光學長焦鏡頭(7)、高速相機(8)、視頻信號采集卡(9)、圖像信號處理模塊(10)；所述激光器(4)、光學準直天線(5)、半反半透鏡(6)、聚焦透鏡(1)、壓電陶瓷(2)依次共光軸設置，驅動器(3)的輸出端接入壓電陶瓷(2)；光學長焦鏡頭(7)與高速相機(8)配套設置，且高速相機(8)的輸出端通過視頻信號采集卡(9)接入圖像信號處理模塊(10)；接收端的激光器(4)發(fā)出激光光束，經過光學準直天線(5)準直，準直后的光束穿過半反半透鏡(6)后在大氣信道中傳輸，經過大氣信道傳輸到達發(fā)送端的光束被聚焦透鏡(1)匯聚后入射至壓電陶瓷(2)，光束在壓電陶瓷(2)的表面形成激光散斑圖案；驅動器(3)根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷(2)產生振動，使壓電陶瓷(2)表面形成的激光散斑圖案發(fā)生相應變化；壓電陶瓷(2)反射的光束通過聚焦透鏡(1)后沿原路回射至接收端，激光散斑圖案攜帶的信息也被傳回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透鏡(6)反射至光學長焦鏡頭(7)，光學長焦鏡頭(7)通過改變焦距使回射的激光散斑圖案散焦虛化，散焦虛化后的激光散斑圖案由高速相機(8)采集得到激光散斑圖像，該激光散斑圖像通過視頻信號采集卡(9)輸出至圖像信號處理模塊(10)，圖像信號處理模塊(10)檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原發(fā)送端的語音或數據信號。...
【技術特征摘要】
1.一種基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，其特征在于，包括發(fā)送端和接收端，其中發(fā)送端包括聚焦透鏡(1)、壓電陶瓷(2)、驅動器(3)，接收端包括激光器(4)、光學準直天線(5)、半反半透鏡(6)、光學長焦鏡頭(7)、高速相機(8)、視頻信號采集卡(9)、圖像信號處理模塊(10)；所述激光器(4)、光學準直天線(5)、半反半透鏡(6)、聚焦透鏡(1)、壓電陶瓷(2)依次共光軸設置，驅動器(3)的輸出端接入壓電陶瓷(2)；光學長焦鏡頭(7)與高速相機(8)配套設置，且高速相機(8)的輸出端通過視頻信號采集卡(9)接入圖像信號處理模塊(10)；接收端的激光器(4)發(fā)出激光光束，經過光學準直天線(5)準直，準直后的光束穿過半反半透鏡(6)后在大氣信道中傳輸，經過大氣信道傳輸到達發(fā)送端的光束被聚焦透鏡(1)匯聚后入射至壓電陶瓷(2)，光束在壓電陶瓷(2)的表面形成激光散斑圖案；驅動器(3)根據輸入的語音或數據信號調制壓電陶瓷(2)產生振動，使壓電陶瓷(2)表面形成的激光散斑圖案發(fā)生相應變化；壓電陶瓷(2)反射的光束通過聚焦透鏡(1)后沿原路回射至接收端，激光散斑圖案攜帶的信息也被傳回到接收端；回射至接收端的光束被半反半透鏡(6)反射至光學長焦鏡頭(7)，光學長焦鏡頭(7)通過改變焦距使回射的激光散斑圖案散焦虛化，散焦虛化后的激光散斑圖案由高速相機(8)采集得到激光散斑圖像，該激光散斑圖像通過視頻信號采集卡(9)輸出至圖像信號處理模塊(10)，圖像信號處理模塊(10)檢測每一幀激光散斑圖像的部分或整體灰度值，根據灰度值的大小還原發(fā)送端的語音或數據信號。2.根據權利要求1所述的基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷(2)不位于聚焦透鏡(1)的焦點位置。3.根據權利要求1所述的基于激光散斑檢測的逆向調制無線光通信裝置，其特征在于，所述高速相機(8)的幀頻為所傳輸語音或數據信...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：汪井源，朱勇，陳亦望，徐智勇，王榮，趙繼勇，汪琛，張忠玉，周耀，
申請(專利權)人：中國人民解放軍理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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