水下防生物附着无线光通信方法及系统

本发明涉及水下无线通信装置及方法，具体涉及一种水下防生物附着无线光通信方法及系统。

背景技术：

1、近年来，水下科考、水下观测网及水下探测等方面发展迅速，传统的光纤通信和水声通信无法兼顾“高速率”和“机动性”，对水下高速通信手段提出了更严格的要求。水下无线光通信具有高速率、低延迟、低功耗等特点，可以满足水下高速率无线传输需求；450nm～580nm蓝绿波段，在水下传输衰减相比其他波段小，因此深入开展蓝绿光在水下与物质相互作用特性非常有必要。然而，由于水下存在大量微生物和藻类生物，水下探测、观测及科考平台长期无人值守，长时间的水下工作使其被生物附着，而水下无线光通信设备为光学传感类设备，存在透明光学窗口，一但生物附着在光学窗口，就会造成设备通信链路的影响甚至中断，从而限制无线光通信设备在水下平台的推广和应用，现有水下无线光通信系统只能在水下短时间工作，防生物附着效果较差，无线光通信设备易受生物附着影响导致无法长时间在水下工作。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在防生物附着效果较差，无线光通信设备易受生物附着影响导致无法长时间在水下工作的不足之处，而提供一种水下防生物附着无线光通信方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种水下防生物附着无线光通信方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、s1、光通信系统接收对端光信号，如果对端光信号是非激活信号，则不进行光通信，并且通过紫外灯和雨刮器去除光通信系统的附着物；如果对端光信号是激活信号，则关闭雨刮器和紫外灯，光通信系统开始工作，进入步骤s2；

5、s2、建立从对端到本端的通信链路和本端到对端通信链路，进行双向数据交互；

6、s3、数据交互完成后，打开雨刮器和紫外灯，直至下次接收到对端信号，返回步骤s1。

7、进一步地，s1中，所述雨刮器和紫外灯均设置为间歇性工作，间歇性工作包括雨刮器和紫外灯同时工作，或者雨刮器和紫外灯分开工作。

8、同时，还提供一种用于实现上述水下防生物附着无线光通信方法的系统，其特征在于：

9、包括密封外壳、设置在密封外壳内的紫外模块、通信模块和核心处理模块，以及雨刮模块；

10、所述紫外模块和雨刮模块用于消除通信模块对应位置的生物附着；

11、所述通信模块用于接收对端光信号，对其进行初步处理后传至核心处理模块，根据核心处理模块发出的信号，建立从对端到本端的通信链路和本端到对端通信链路，进行双向数据交互；

12、所述核心处理模块用于接收通信模块的数据并进行处理，判断对端光信号是否为激活信号，根据判断结果发出信号控制通信模块、紫外模块和雨刮模块的工作状态，与上位机进行交互。

13、进一步地，所述通信模块包括信号发射单元、信号接收单元、信号处理单元以及协同控制单元；

14、所述信号发射单元用于输出光信号；

15、所述信号接收单元用于接收对端光信号；

16、信号处理单元用于对对端光信号进行同步、放大、滤波处理，将其传输至协同控制单元；

17、所述协同控制单元用于将对端光信号传输至核心处理模块，同时控制信号发射单元工作。

18、进一步地，所述信号接收单元包括多个探测器阵列；

19、所述信号发射单元包括多个led/ld阵列。

20、进一步地，所述探测器阵列和led/ld阵列间隔设置。

21、进一步地，所述探测器阵列和led/ld阵列设置在一个安装底座上；

22、所述安装底座包括一个多边形平面以及由多边形的每条边沿同一角度向外延伸形成的多个延伸面，其中一个led/ld阵列设置在多边形平面的外侧，探测器阵列和其余led/ld阵列间隔设置在多个延伸面的外侧。

23、进一步地，所述延伸面内侧与多边形平面内侧的夹角大于等于120°，且小于180°，保证安装底座的多边形平面外侧面相对延伸面为凸出设置。

24、进一步地，所述密封外壳对应安装底座设置有光学窗口，光学窗口为凸出密封外壳的圆弧形结构，安装底座设置在圆弧形结构内。

25、进一步地，所述密封外壳包括第一密封壳体，所述紫外模块、通信模块以及核心处理模块设置在第一密封壳体中，光学窗口设置在第一密封壳体上，紫外模块的紫外灯照射在光学窗口上；

26、所述雨刮模块包括雨刮器，雨刮器设置在光学窗口外侧。

27、进一步地，所述密封外壳包括第二密封壳体和第三密封壳体，所述通信模块以及核心处理模块设置在第二密封壳体中，光学窗口设置在第二密封壳体上；

28、所述紫外模块设置在第三密封壳体中，第三密封壳体为环形结构，紫外模块的紫外灯沿环形结构设置；环形结构围绕光学窗口设置，且位于光学窗口凸出第三密封壳体高度的中间位置；

29、所述雨刮模块包括雨刮器，雨刮器设置在光学窗口外侧。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、1.本发明中无线光通信方法通过紫外灯和雨刮器配合工作减少光通信系统上的微生物附着，同时对附着物进行清理，采用雨刮器自动擦除和紫外灯照射相结合的方式，可有效减少光学窗口的生物附着现象，防止水下无线光通信装置光学窗口因生物附着而造成设备无法正常工作，使得光通信系统在水下的工作时间≥6个月，从而满足水下无线光通信设备水下长期值守的需求，极大地提高了光通信系统的适用范围，可作为海底观测网、探测网、海底传感器网络的重要载荷，实现水下高速无线数据传输。

32、2.本发明设置有多个led/ld阵列和阵列探测器，并将其设置在对应的安装底座上，使得多个led/ld阵列和阵列探测器交叉多梯度环形分布，可实现准全向的发射和接收，该技术应用可大大降低平台对准要求和兼容平台小范围抖动，保证系统在水下光链路的快速建立和稳定保持。

33、3.本发明光学窗口为凸出第一密封壳体设置的圆弧形结构，有效扩大发射和接收光信号的范围，提高光通信系统的使用灵活度。

技术特征：

1.一种水下防生物附着无线光通信方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的水下防生物附着无线光通信方法，其特征在于：

3.一种用于实现权利要求1或2所述水下防生物附着无线光通信方法的系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

11.根据权利要求9所述的水下防生物附着无线光通信系统，其特征在于：

技术总结
本发明涉及水下无线通信装置及方法，具体涉及一种水下防生物附着无线光通信方法及系统，为解决现有技术中存在防生物附着效果较差，无线光通信设备易受生物附着影响导致无法长时间在水下工作的不足之处。本发明水下防生物附着无线光通信方法中当光通信系统未接收到激活信号时，通过设置的紫外灯和雨刮器配合工作，去除光通信系统的附着物；当光通信系统接收到激活信号时，关闭雨刮器，光通信系统建立通信链路，进行双向数据交互，数据交互完成后，打开雨刮器恢复工作；同时本发明还提供了用于实现上述方法的水下防生物附着无线光通信系统，包括紫外模块、雨刮模块、通信模块以及核心处理模块，具有较好的防生物附着效果。

技术研发人员：李鹏,聂文超,汪伟,常畅,韩笑天,谢小平,李广英,廖佩璇,郑运强
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13