CN112671467A - 一种光通信识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光通信识别装置，包括发射方识别装置和接收方识别装置；发射方识别装置和接收方识别装置分别包括：发射模块、接收模块、信息展示模块以及数据处理及控制模块；其中接收模块，用于单向接收或广角接收初始被识别者信息光信号，将初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息数字电信号；数据处理及控制模块，用于将初始被识别者信息数字电信号进行处理以获得处理数据，并控制信息展示模块将处理数据展示为被识别者信息；并将使用者信息进行编码获得编码数据，并将编码数据传输给发射模块；发射模块，用于将编码数据转换为使用者光信号，并且单向发射或广角发射使用者光信号；信息展示模块，用于将处理数据展示为被识别者信息。

Description

一种光通信识别装置

技术领域

本发明属于空间光通信技术领域，主要涉及一种光通信识别装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，与之相应的信息窃取及干扰技术也在不断进步。无线通信容易受到侦察和干扰，从而导致通信的窃听或中断。在特殊场景下难以达成可靠的通信。而空间光通信技术能够很好地克服这一缺陷，无需建立线路铺设，可用频谱宽，能够快速建立人员之间的通信，表现出抗干扰、高可靠、机动灵活的特点，为极端环境以及复杂电测环境下的通信方式提供了新的选择。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明可以解决无线通信技术中通信设备之间保密性差、抗干扰能力差的问题，并提供身份识别的功能。

(二)技术方案

一种光通信识别装置，包括发射方识别装置和接收方识别装置；上述发射方识别装置和上述接收方识别装置分别包括：发射模块、接收模块、信息展示模块以及数据处理及控制模块；其中

上述接收模块，通信连接于上述数据处理及控制模块，用于单向接收或广角接收初始被识别者信息光信号，并且将上述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息数字电信号；

上述数据处理及控制模块，用于将上述初始被识别者信息数字电信号进行处理以获得处理数据，并控制上述信息展示模块将上述处理数据展示为被识别者信息；以及，用于将使用者信息进行编码获得编码数据，并将上述编码数据传输给上述发射模块；

上述发射模块，通信连接于上述数据处理及控制模块，用于将上述编码数据转换为使用者光信号，并且单向发射或广角发射上述使用者光信号；

上述信息展示模块，通信连接于上述数据处理及控制模块，用于将上述处理数据展示为上述被识别者信息。

根据本发明点的实施例，上述发射模块包括单向发射模块和广角发射模块；上述接收模块包括单向接收模块和广角接收模块；其中

上述发射方识别装置的单向接收模块用于接收来自上述接收方识别装置的广角发射模块的信息；

上述发射方识别装置的广角接收模块用于接收来自上述接收方识别装置的单向发射模块的信息；

上述接收方识别装置的单向接收模块用于接收来自上述发射方识别装置的广角发射模块的信息；

上述接收方识别装置的广角接收模块用于接收来自上述发射方识别装置的单向发射模块的信息。

根据本发明点的实施例，上述单向发射模块包括单个发射子模块；上述广角发射模块包括多个上述发射子模块，并且多个上述发射子模块呈球面阵列形式排列；

上述单向接收模块包括单个接收子模块；上述广角接收模块包括多个上述接收子模块，并且多个上述接收子模块呈球面阵列形式排列。

根据本发明点的实施例，上述发射子模块包括：

光源，包括多个光源阵列；

驱动芯片，连接上述光源，用于将上述编码数据转换为上述使用者光信号，并将上述使用者光信号通过上述光源发射出去。

根据本发明点的实施例，

上述发射子模块还包括准直透镜，上述准直透镜置于上述光源的出射方向一侧。

根据本发明点的实施例，上述接收子模块包括：

大面阵探测器，用于接收上述初始被识别者信息光信号，并且将上述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息模拟电信号；

跨阻放大器，连接于上述大面阵探测器，用于将上述大面阵探测器输出的上述初始被识别者信息模拟电信号进行放大；

比较器，连接于上述跨阻放大器，用于将被放大的上述初始被识别者信息模拟电信号转换为上述初始被识别者信息数字电信号。

根据本发明点的实施例，上述接收子模块还包括滤光片，上述滤光片置于上述大面阵探测器接收方向一侧。

根据本发明点的实施例，上述发射模块和上述接收模块集成在一个模块中。

根据本发明点的实施例，上述数据处理及控制模块，包括：

FPGA处理器及其附属电路；或

DSP处理器及其附属电路；或

单片机及其附属电路；或

芯片及其附属电路。

根据本发明点的实施例，上述信息展示模块，将上述处理数据展示为上述被识别者信息，包括：

将上述处理数据以语音方式展示为上述被识别者信息；或

将上述处理数据以可视化方式展示为上述被识别者信息；或

将上述处理数据以语音结合可视化方式展示为上述被识别者信息。

(三)有益效果

相对于现有无线通信设备，本发明实施例公开的光通信识别装置，至少具有以下优点：

本发明实施例公开的光通信识别装置具有更高的保密性，数据信号通过空间光传输，依托现有技术手段几乎无法对其进行窃取；且该光通信识别装置具有良好的抗干扰特性，能够在复杂电磁环境中建立人员之间的联系，在微波通信无法建立的环境下仍可以使用；另外，该光通信识别装置在使用过程中不会与其他微波通信设备彼此干扰，能够配备无线电通信使用，增加通信的可靠程度。

附图说明

图1是本发明一实施例公开的光通信识别装置的结构框图；

图2a是本发明一实施例公开的发射模块的结构框图；

图2b是本发明一实施例公开的单向发射模块的结构框图；

图2c是本发明一实施例公开的广角发射模块的结构框图；

图3a是本发明一实施例公开的接收模块的结构框图；

图3b是本发明一实施例公开的单向接收模块的结构框图；

图3c是本发明一实施例公开的广角接收模块的结构框图。

附图标记说明

100、发射方识别装置；200、接收方识别装置；110、数据处理及控制模块；120、发射模块；121、单向发射模块；122、广角发射模块；123、发射子模块；130、接收模块；131、单向接收模块；132、广角接收模块；133、接收子模块；140、信息展示模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一实施例公开的光通信识别装置的结构框图。

如图1所述，该光通信识别装置，包括发射方识别装置100和接收方识别装置200；上述发射方识别装置100和上述接收方识别装置200分别包括：数据处理及控制模块110，以及与此数据处理及控制模块110连接的发射模块120、接收模块130、信息展示模块140，他们之间可通过有线或无线的方式进行信息传输。

上述接收模块130，通过有线或无线的方式通信连接于上述数据处理及控制模块110，用于单向接收或广角接收初始被识别者信息光信号，并且将上述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息数字电信号。

上述数据处理及控制模块110，用于将上述初始被识别者信息数字电信号进行处理以获得处理数据，并控制上述信息展示模块140将上述处理数据展示为被识别者信息；以及，用于将使用者信息进行编码获得编码数据，并将上述编码数据传输给上述发射模块120。上述数据处理及控制模块110，接收到来自于接收模块130的多路上述初始被识别者信息数字电信号后，能够从中选取出信号质量最佳的几路信号，并根据这几路信号进行判决、解码得出处理数据。

上述发射模块120，通过有线或无线的方式通信连接于上述数据处理及控制模块110，用于将上述编码数据转换为使用者光信号，并且单向发射或广角发射上述使用者光信号。

信息展示模块140，通过有线或无线的方式通信连接于上述数据处理及控制模块110，用于将上述处理数据展示为上述被识别者信息，即向使用者展示接收到的信号信息。

图2a是本发明一实施例公开的发射模块120的结构框图；图3a是本发明一实施例公开的接收模块130的结构框图。根据本发明点的实施例，上述发射模块120包括单向发射模块121和广角发射模块122；上述接收模块130包括单向接收模块131和广角接收模块132；其中上述发射方识别装置100的单向接收模块131用于接收来自上述接收方识别装置200的广角发射模块122的信息；上述发射方识别装置100的广角接收模块132用于接收来自上述接收方识别装置200的单向发射模块121的信息；上述接收方识别装置200的单向接收模块131用于接收来自上述发射方识别装置100的广角发射模块122的信息；上述接收方识别装置200的广角接收模块132用于接收来自上述发射方识别装置100的单向发射模块121的信息。根据本发明的实施例，发射方和接收方之间，采用广角发射单向接收、以及单向发射广角接收的方式，这样设计的好处在于：可以保证发射方和接收方数据接收的准确性，因光通信过程中，需要发射方和接收方对准才能确保传输的准确性，而如何对准则是光通信的难点，本发明的实施例中采用这种设计方式，可以避开这一设计难点，发射方单向发射时，接收方广角接收，这样接收方可以接受多角度发射过来的信号，可以辐射到多个角度的较大的接收范围，最终保证能够接收到发射方的信号。接收方单向接收时，发射方采用广角发射，这样，发射方的信号是多角度发射的，可以保证其中某一角度的信号被接收方接收到；同理，发射方单向发射时，接收方广角接收，这样接收方可以接受多角度发射过来的信号，可以辐射到多个角度的较大的接收范围，最终保证能够接收到发射方的信号。可见，采用这种设计方式，保证了通信双方信息接收的有效性和准确性。

图2b是本发明一实施例公开的单向发射模块121的结构框图；图2c是本发明如图一实施例公开的广角发射模块122的结构框图；图3b是本发明一实施例公开的单向接收模块131的结构框图；图3c是本发明一实施例公开的广角接收模块132的结构框图。

如图2b、图2c所示，上述单向发射模块121包括单个发射子模块123；上述广角发射模块122包括多个上述发射子模块123；并且在本发明的实施例中，多个上述发射子模块123呈球面阵列形式排列。

如图3b、图3c所示，上述单向接收模块131包括单个接收子模块133；上述广角接收模块132包括多个上述接收子模块133；并且在本发明的实施例中，并且多个上述接收子模块133呈球面阵列形式排列。根据本发明的实施例，广角发射模块122和广角接收模中的发射子模块123和接收子模块133呈球面阵列形式排列，因球面阵列涵盖了最大范围的角度辐射范围，为较为理想的广角阵列，可以保证发射或接收的有效性。

发射模块120包含广角发射模块122以及单向发射模块121，用于将来自数据处理及控制模块110中的编码数据调制到光源并发射出去。

其中，上述发射子模块123包括：光源，包括多个光源阵列；光源可以是激光器、激光二极管、LED等任意辐射光源类型；通信波的类型可以是紫外光、可见光、近红外光等。

上述发射子模块123还包括将来自数据处理及控制模块110中的编码数据调制到光源的调制模块，此处采用驱动芯片，连接上述光源，用于将上述编码数据转换为上述使用者光信号，并将上述使用者光信号通过上述光源发射出去。此外，调制方式还可以采用直调或者是外部调制等任意调制模式，比如OOK、PPM、QAM等任意调制格式。

此处，给出一种具体的实施方式：使用OOK调制方式对光源进行直调，驱动芯片型号为UC2708，光源选用红外波段的激光器。需要发射的使用者信息由数据处理及控制模块110进行编码，并通过有线的方式控制驱动芯片驱动激光器，以实现光信号的直调。

根据本发明点的实施例，可选地，上述发射子模块123还包括准直透镜，上述准直透镜置于上述光源的出射方向一侧，用于将光源发出的使用者光信号汇聚。

根据本发明点的实施例，上述接收子模块133包括：

大面阵探测器，用于接收上述初始被识别者信息光信号，并且将上述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息模拟电信号。

大面阵探测器，可以采用硅基探测器、铟镓砷探测器等任何与发射模块通信波段相匹配的探测器；探测器种类可以是PIN探测器、APD探测器等任何类型。

跨阻放大器，连接于上述大面阵探测器，用于将上述大面阵探测器输出的上述初始被识别者信息模拟电信号进行放大。

比较器，连接于上述跨阻放大器，用于将被放大的上述初始被识别者信息模拟电信号转换为上述初始被识别者信息数字电信号。此处比较器，通过设定一个阈值，将模拟的电信号转化为数字电信号。

根据本发明点的实施例，上述接收子模块133还包括滤光片，上述滤光片置于上述大面阵探测器接收方向一侧，用于滤除发射模块通信波段以外的噪声光。

此处，给出一种接收子模块133的具体实施方式，大面阵探测器使用滨松S5107探测芯片，在探测芯片前加装滤光片以减小噪声光的影响，在探测芯片的输出端使用放大芯片THS4304(放大器)设计两级跨阻放大电路以放大接收的信号，比较器使用LT1719比较器芯片对放大后的电信号进行硬判决，其判决阈值应根据实际情况进行选定。

根据本发明点的实施例，上述发射模块120和上述接收模块130集成在一个模块中。这样设计可以便于通信双方通信链路的连通，双方之间的通信光路是可逆的，以便于发送方朝接收方进行光信号发射后的很短一段时间内，接收方的接收模块130能够迅速接收到对方广角发射回应的信号。

根据本发明点的实施例，上述数据处理及控制模块110，包括：FPGA处理器及其附属电路；或DSP处理器及其附属电路；或单片机及其附属电路；或芯片及其附属电路。可选为采用FPGA及其附属电路，FPGA型号选为xc7a100tfgg484-2。

上述数据处理及控制模块110，接收到来自于接收模块130的多路上述初始被识别者信息数字电信号后，能够从中选取出信号质量最佳的几路信号，并根据这几路信号进行判决、解码得出处理数据。对接收到的上述初始被识别者信息数字电信号的判决可以是比较器进行硬判决、ADC采样后使用具有数字信号处理能力的芯片进行软判决等任意方式。广角接收模块132接收到的信号，可以是多个方向的多路信号，其中有些光路信号质量较差，有些信号质量较好，通过数据处理及控制模块110可以将质量较好的几路信号挑选出来作为进一步数据处理的基础。数据处理及控制模块110对来自于接收模块130的多路上述初始被识别者信息数字电信号进行判决、解码后，对预先存在该光通信识别装置中的多个被识别者信息列表进行比对，识别出符合身份信息的对象后，则控制信息展示模块140展示对方的身份信息。

根据本发明点的实施例，上述信息展示模块140，将上述处理数据展示为上述被识别者信息，包括：将上述处理数据以语音方式展示为上述被识别者信息；或将上述处理数据以可视化方式展示为上述被识别者信息；或将上述处理数据以语音结合可视化方式展示为上述被识别者信息。其中，可视化方式可采用文字、图像、视频等方式。

根据本发明点的实施例，发射方识别装置100和接收方识别装置200可以装配在头盔、衣服、裤子、鞋子等一种或几种穿戴物上，采用本发明实施例所述的光通信识别装置，可以实现同时多方通信。

利用该光通信识别装置进行通信的过程为：队内人员均配备有该光通信识别装置，该装置的数据处理及控制模块110内预先保存有队内人员的个人身份信息识别码；发射方在不确定远距离对方的身份情况下，启用单向发射模块121朝接收方方向发射初始被识别者信息光信号，接收方的广角接收模块132接收到初始被识别者信息光信号后，将初始被识别者信息光信号交给数据处理及控制模块110进行判别、解码、识别，获得处理数据，并控制上述信息展示模块140将上述处理数据展示为被识别者信息；同时接收方的数据处理及控制模块110控制其广角发射模块122发射使用者光信号；发射方的单向接收模块131接收到使用者光信号后，通过其数据处理及控制模块110进行判别、解码、识别，并通过信息展示模块140向发射方反馈接收方的身份识别信息。

本发明实施例公开的光通信识别装置由于采用光通信方式，具有更高的保密性，数据信号通过空间光传输，依托现有技术手段几乎无法对其进行窃取；且该光通信识别装置具有良好的抗干扰特性，能够在复杂电磁环境中建立人员之间的联系，在微波通信无法建立的环境下仍可以使用；另外，该光通信识别装置在使用过程中不会与其他微波通信设备彼此干扰，能够配备无线电通信使用，增加通信的可靠程度；本发明实施例公开的光通信识别装置可以做到较小体积，具有灵活便携性，设备尺寸小、重量轻，使用者装配后对行动几乎没有影响，特别适用于运动环境下的通信。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光通信识别装置，其特征在于，包括发射方识别装置和接收方识别装置；所述发射方识别装置和所述接收方识别装置分别包括：发射模块、接收模块、信息展示模块以及数据处理及控制模块；其中

所述接收模块，通信连接于所述数据处理及控制模块，用于单向接收或广角接收初始被识别者信息光信号，并且将所述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息数字电信号；

所述数据处理及控制模块，用于将所述初始被识别者信息数字电信号进行处理以获得处理数据，并控制所述信息展示模块将所述处理数据展示为被识别者信息；以及，用于将使用者信息进行编码获得编码数据，并将所述编码数据传输给所述发射模块；

所述发射模块，通信连接于所述数据处理及控制模块，用于将所述编码数据转换为使用者光信号，并且单向发射或广角发射所述使用者光信号；

所述信息展示模块，通信连接于所述数据处理及控制模块，用于将所述处理数据展示为所述被识别者信息。

2.根据权利要求1所述的光通信识别装置，其特征在于：

所述发射模块包括单向发射模块和广角发射模块；所述接收模块包括单向接收模块和广角接收模块；其中

所述发射方识别装置的单向接收模块用于接收来自所述接收方识别装置的广角发射模块的信息；

所述发射方识别装置的广角接收模块用于接收来自所述接收方识别装置的单向发射模块的信息；

所述接收方识别装置的单向接收模块用于接收来自所述发射方识别装置的广角发射模块的信息；

所述接收方识别装置的广角接收模块用于接收来自所述发射方识别装置的单向发射模块的信息。

3.根据权利要求2所述的光通信识别装置，其特征在于：

所述单向发射模块包括单个发射子模块；所述广角发射模块包括多个所述发射子模块，并且多个所述发射子模块呈球面阵列形式排列；

所述单向接收模块包括单个接收子模块；所述广角接收模块包括多个所述接收子模块，并且多个所述接收子模块呈球面阵列形式排列。

4.根据权利要求3所述的光通信识别装置，其特征在于，所述发射子模块包括：

光源，包括一个或多个的单光源或光源阵列；

驱动芯片，连接所述光源，用于将所述编码数据转换为所述使用者光信号，并将所述使用者光信号通过所述光源发射出去。

5.根据权利要求4所述的光通信识别装置，其特征在于：

所述发射子模块还包括准直透镜，所述准直透镜置于所述光源的出射方向一侧。

6.根据权利要求3所述的光通信识别装置，其特征在于，所述接收子模块包括：

大面阵探测器，用于接收所述初始被识别者信息光信号，并且将所述初始被识别者信息光信号转换为初始被识别者信息模拟电信号；

跨阻放大器，连接于所述大面阵探测器，用于将所述大面阵探测器输出的所述初始被识别者信息模拟电信号进行放大；

比较器，连接于所述跨阻放大器，用于将被放大的所述初始被识别者信息模拟电信号转换为所述初始被识别者信息数字电信号。

7.根据权利要求6所述的光通信识别装置，其特征在于：所述接收子模块还包括滤光片，所述滤光片置于所述大面阵探测器接收方向一侧。

8.根据权利要求1所述的光通信识别装置，其特征在于：

所述发射模块和所述接收模块集成在一个模块中。

9.根据权利要求1所述的光通信识别装置，其特征在于：所述数据处理及控制模块，包括：

FPGA处理器及其附属电路；或

DSP处理器及其附属电路；或

单片机及其附属电路；或

芯片及其附属电路。

10.根据权利要求1所述的光通信识别装置，其特征在于：所述信息展示模块，将所述处理数据展示为所述被识别者信息，包括：

将所述处理数据以语音方式展示为所述被识别者信息；或

将所述处理数据以可视化方式展示为所述被识别者信息；或

将所述处理数据以语音结合可视化方式展示为所述被识别者信息。

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