一种头盔适用的近距离无线激光通信系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820125343.4 (22)申请日 2018.01.24 (73)专利权人 中国航空工业集团公司洛阳电光 设备研究所 地址 471009 河南省洛阳市西工区凯旋西 路25号 (72)发明人 陈水忠 王俊 (74)专利代理机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 代理人 崔旭东 (51)Int.Cl. A42B 3/30(2006.01) H04B 10/112(2013.01) H04B 10/25(2013.01) (54)实用新型名称 一种头盔适用的近距离无。

2、线激光通信系统 (57)摘要 本实用新型涉及一种头盔适用的近距离无 线激光通信系统， 包括： 信源端通信模块和头盔 端通信模块两部分； 所述信源端通信模块与头盔 端通信模块通过无线光信号进行连接， 并进行高 速视频信号的无线传输。 本实用新型既解决了现 有技术中使用无线电磁波时电磁干扰与保密性 不好的问题， 也解决了常规有线通信系统中采用 大重量线缆的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 208338997 U 2019.01.08 CN 208338997 U 1.一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 其特征在于， 包括： 信源端通信模块和头 盔端通信模块两部分； 所述信源端。

3、通信模块与头盔端通信模块通过无线光信号连接； 所述信源端通信模块包括用于将接收到的视频信号转换为光信号的光纤发射模块和 用于输出光信号的光发射组件； 所述光纤发射模块与光发射组件连接； 所述头盔端通信模块包括用于接收光发射组件输出的光信号的探测器接收单元和解 码模块； 所述解码模块与探测器接收单元连接。 2.根据权利要求1所述的一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 其特征在于， 所述 的光发射组件为掺铒光纤放大器。 3.根据权利要求2所述的一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 其特征在于， 所述 掺铒光纤放大器包括依次连接的第一光隔离器、 光耦合器、 掺铒光纤、 第二光隔离器以及用 于检测。

4、输入端光信号的输入检测模块、 控制单元、 用于检测输出端光信号的输出检测模块 和泵浦光源； 所述控制单元采样连接输入检测模块和输出检测模块； 并通过泵浦光源连接 光耦合器。 4.根据权利要求1所述的一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 其特征在于， 所述 头盔端通信模块还包括LED灯； 所述信源端通信模块还包括用于跟踪所述LED灯的跟踪瞄准 单元。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 208338997 U 2 一种头盔适用的近距离无线激光通信系统 技术领域 0001 本实用新型涉及一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 属于航空航天飞行器 高带宽通信的技术领域。 背景技术 0002 。

5、激光无线通信因具有通信容量大、 传输速率高、 保密性好、 抗电磁干扰能力强、 重 量轻、 体积小、 功率低等优点。 在无线通信领域中是十分重要的通信方式， 由于通信光束发 散角小， 因此对手难以对通信信息进行侦听和干扰， 该特点对军事应用尤其重要。 且无线激 光通信系统可以在强电磁干扰环境下实现， 各通信单元分享视频信息、 发布命令， 可充分保 证通信系统畅通。 因此， 无线激光通信系统的研制成为了各国研究的前沿课题。 0003 目前， 在航空航天领域的飞行器中的头盔通信广泛采用的是无线电方式， 而随着 科技的发展， 多媒体技术在日常生活中的应用越来越广， 海量数据的传输使得无线电频谱 越来越。

6、拥堵。 与此同时， 无线电通信对各种强电磁环境的适应性也不够理想， 且存在保密性 不好的缺点。 且现阶段所采用的有线激光通信方式佩戴不易， 且通信线缆重量过大， 有很大 的局限性。 实用新型内容 0004 本实用新型的目的在于提供了一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 用以解 决现有技术中在进行通信时保密性不好、 在强电磁环境下传输差的问题。 0005 为实现上述目的， 本实用新型提供了一种头盔适用的近距离无线激光通信系统， 主要包括以下方案： 0006 通信系统方案一： 包括： 信源端通信模块和头盔端通信模块两部分； 所述信源端通 信模块与头盔端通信模块通过无线光信号连接。 0007 通信。

7、系统方案二： 在通信系统方案一的基础上， 所述信源端通信模块包括用于将 接收到的视频信号转换为光信号的光纤发射模块和用于输出光信号的光发射组件； 所述光 纤发射模块与光发射组件连接； 0008 所述头盔端通信模块包括用于接收光发射组件输出的光信号的探测器接收单元 和解码模块； 所述解码模块与探测器接收单元连接。 0009 通信系统方案三： 在通信系统方案二的基础上， 所述的光发射组件为掺铒光纤放 大器。 0010 通信系统方案四： 在通信系统方案三的基础上， 所述掺铒光纤放大器包括依次连 接的第一光隔离器、 光耦合器、 掺铒光纤、 第二光隔离器以及用于检测输入端光信号的输入 检测模块、 控制单。

8、元、 用于检测输出端光信号的输出检测模块和泵浦光源； 所述控制单元采 样连接输入检测模块和输出检测模块； 并通过泵浦光源连接光耦合器。 0011 通信系统方案五： 在通信系统方案二的基础上， 所述头盔端通信模块还包括LED 灯； 所述信源端通信模块还包括用于跟踪所述LED灯的跟踪瞄准单元。 说 明 书 1/4 页 3 CN 208338997 U 3 0012 本实用新型的有益效果是： 本实用新型中克服了现有技术存在的不足， 提出一种 能够有效避免电磁干扰， 保密性好， 且无线缆影响的近距离高动态无线激光通信系统； 通过 采用激光作为信号光进行信源传输， 以取代无线电信号； 与现有技术相比， 。

9、本实用新型既解 决了电磁干扰与保密性的问题， 也解决了常规有线通信系统中采用大重量线缆的问题。 0013 同时， 本实用新型采用空间光信号传输方式， 加上跟踪瞄准单元， 实现了无线缆束 缚下的动态传输。 附图说明 0014 图1为本实用新型的近距离无线激光通信系统实施例一； 0015 图2为本实用新型的近距离无线激光通信系统实施例二； 0016 图3为掺铒光纤放大器的工作原理图； 0017 图4为本实用新型的探测器接收单元的结构框图； 0018 图5为本实用新型的距离无线激光通信系统实施例三； 0019 图6为本实用新型的跟踪瞄准单元的结构框图； 0020 图7为本实用新型的跟踪瞄准单元的具体。

10、光路图。 具体实施方式 0021 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 0022 近距离无线激光通信系统实施例一 0023 如图1所示为本实用新型的近距离无线激光通信系统， 包括信源端通信模块与头 盔端通信模块、 信源端视频数据1、 空间光信号2、 头盔端视频数据3。 0024 其中， 信源端通信模块安装在固定位置， 而头盔端通信模块固定在头盔上并通过 无线空间光信号2进行通信连接， 实现光信号的传输； 其具体通信过程为： 信源端视频数据1 输入到信源端通信模块， 信源端通信模块通过自由空间光通道将光信号传输给头盔端通信 模块， 之后头盔端通信模块输出头盔端视频数据3。 0025 本。

11、实用新型中的信源端通信模块与头盔端通信模块之间采用空间光信号进行相 互通信， 信源端通信模块向头盔端通信模块传输视频数据和控制信号数据， 通信速率为 2.5Gbps。 0026 近距离无线激光通信系统实施例二 0027 如图2所示， 该通信系统包括信源端通信模块、 头盔端通信模块、 信源端视频数据 1、 空间光信号2、 头盔端视频数据3。 0028 其中， 本实施例中的无线激光通信系统与实施例一中的无线激光通信系统的区别 在于： 信源端通信模块包括用于将视频数据通过编码变成光信号的光纤发射模块和掺铒光 纤放大器(也即为EDFA)； 掺铒光纤放大器(EDFA)与光纤发射模块连接， 将接收到的光信。

12、号 进行放大并输出。 头盔端通信模块包括用于接收经掺铒光纤放大器放大输出的光信号的探 测器接收单元和用于将接收探测器接收单元的电信号解码转换为高速视频数据并输出的 解码模块； 解码模块与探测器接收单元连接。 0029 本实施例中的光纤发射模块实现对高清视频信号的发送， 光纤发射模块能够通过 各种编码和调制方式， 将视频数据转换成光信号。 说 明 书 2/4 页 4 CN 208338997 U 4 0030 作为优选的实施方式， 本实用新型中的光发射组件可以为光纤放大器， 如掺铒光 纤放大器； 图3为掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理图； 掺铒光纤放大器包括掺铒光纤 (EDF) 4、 泵浦光。

13、源(PUMP-LD)5、 光耦合器6、 第一光隔离器7、 第二光隔离器17、 控制电路 8、 输入检测模块9和输出检测模块10； 其中， 掺铒光纤放大器在输入端和输出端各设有一个第 一光隔离器7和第二光隔离器17， 目的是使光信号单向传输； 泵浦光源5用于提供抽运能量， 光耦合器6的作用是把输入信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中， 通过掺铒光纤4 把泵浦光的 能量转移到输入光信号中， 实现输入光信号的放大， 对传输链路中的光信号进行功率补偿。 其中的控制电路8以及在输入端和输出端分别设置的输入检测模块9和输出检测模块10分 别用于检测输入与输出端的光信号， 并根据输入的光信号与输出的光信号控制泵浦光。

14、源提 供合适的抽运能量， 达到闭环控制， 进而保证输出的光信号的放大。 0031 本实施例中的探测器接收单元包括光电探测器、 跨阻抗前置放大器TIA、 限幅放大 器、 高压电路； 其中的光电探测器为2.5G的雪崩光电二极管(APD)， 其光电转换效能主要是 对信号有倍增作用， 它比一般光电二极管的功率电平所产生的响应高几十或几百倍。 本实 施例中设置APD的工作电压一般略小于雪崩电压； 高压电路为光电探测器提供所需的电压。 0032 其中， 光电探测器将接收的光信号转换为电信号， 由于此时的信号电流很微弱， 探 测器接收单元内部都集成有跨阻抗前置放大器TIA， 由TIA对转换后的电信号进行第一。

15、级放 大， 用于后级电路的进一步恢复处理。 TIA输出的是mV量级的模拟信号， 需要将其放大转换 成数字信号才能被信号处理电路识别， 限幅放大器是一个高增益的宽带放大器， 它将 TIA 输出的小信号电压放大到适合于系统判决电路所需的电平， 并将幅度不同的信号处理成等 幅的数字信号， 具体的探测器接收单元结构图如图4所示。 0033 探测器接收单元将放大的电信号传输给解码模块， 解码模块将接收到的电信号解 码成视频数据进行输出。 0034 近距离无线激光通信系统实施例三 0035 如图5所示， 该通信系统包括信源端通信模块、 头盔端通信模块、 信源端视频数据 1、 空间光信号2、 头盔端视频数据。

16、3。 0036 其中， 本实施例中的无线激光通信系统与实施例二中的无线激光通信系统的区别 在于： 头盔端通信模块还包括LED灯， 信源端通信模块还包括用于跟踪LED灯的跟踪瞄准单 元。 0037 如图6所示， 本实施例中的跟踪瞄准单元包括高频相机、 控制单元、 扫描跟踪电机、 和扫描振镜； 其中， 扫描振镜为检流计式光学振镜， 控制单元通过高频相机探测到的光斑位 置来实时计算振镜的偏转角度， 并控制扫描电机驱动扫描振镜进行扫描， 完成捕获。 0038 如图7所示， 本实施例中的跟踪瞄准单元启动跟踪的具体过程为： 光路方向是沿 LED 光束11、 扫描振镜12、 分光仪13、 透镜14和光斑探测。

17、器15； 即头盔发射LED光， 扫描机构 对该区域进行扫描， 一旦探测到LED光， 跟踪瞄准单元立即启动跟踪， 使光斑位于被动端捕 获相机视场的中心并启动光纤发射模块16发射激光信号， 保证该激光信号覆盖头盔接收探 测器接收单元， 从而完成捕获通信过程。 0039 本实施例中的跟踪瞄准单元在捕获到头盔发射的LED光时， 跟踪瞄准单元将反馈 信号传输至光纤发射模块， 使光纤发射模块不间断地进行视频信号的接收与传输。 0040 作为其他实施方式 ， 本实用新型中的跟踪瞄准单元还可以采用公开号为 说 明 书 3/4 页 5 CN 208338997 U 5 CN101226276 A的中国专利文献 。

18、“激光通信跟踪系统中的精跟踪子系统” 中记载的跟踪系 统， 来实现跟踪瞄准。 0041 本实用新型中信源端的跟踪瞄准单元和探测器接收单元采用探测器接收阵列方 式， 保证了操作人员在一定范围内上下左右移动和转动头盔时实现不间断的通信。 0042 上述内容结合附图对本实用新型进行了描述， 但是本实用新型并不局限于上述的 具体实施方式， 在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下， 还可做出很多 变形， 这些均在本实用新型的保护范围之内。 说 明 书 4/4 页 6 CN 208338997 U 6 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/3 页 7 CN 208338997 U 7 图4 图5 图6 说 明 书 附 图 2/3 页 8 CN 208338997 U 8 图7 说 明 书 附 图 3/3 页 9 CN 208338997 U 9 。