一种水下激光的高精度同步信号方法及系统与流程

本发明属于水下通信，尤其涉及一种水下激光的高精度同步信号方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着空天地海一体化信息网络建设的推进，水下协同作业越来越受到重视，传统水下信号同步的方式通常使用的是声波，但声学通信速率不高、安全性差、授时精度低、多径效应明显且在不同水域速度不一致，在需要高速率、高精度的水下协同编队任务中并不适用，所以使用一种高速率、高精度的水下无线激光同步信号方法及系统在水下多潜器协同编队任务中具有重大意义，将大大推动水下无线光通信授时的应用范围。

2、因此，亟需设计一种水下激光的高精度同步信号方法及系统，解决以上提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水下激光的高精度同步信号方法及系统，具备：采用激光授时技术与海洋光学相结合的方式，通过激光通信增加水下通信带宽，同时在通过帧头授时，提高水下授时精度，并利用通信原理，将帧头信息进行如插帧等方式的处理，提高水下复杂环境的抗干扰性的优点，解决了背景技术中所提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明的一种水下激光的高精度同步信号方法及系统具体技术方案如下：

3、一种水下激光的高精度同步信号方法，包括以下步骤：

4、s1、将主节点的精准时钟信号加载到通信信号上，随后激光器的激光通过信号调制单元加载通信信号；

5、s2、调制完成的信号通过信号调制单元对通信信号和时间信号进行信号处理；

6、s3、信号处理完成的激光信号经过光学发射单元，将信号光顺利发射到信号接收端；

7、s4、信号接收端接收到信号后进行聚焦；

8、s5、聚焦完成的信号光经过滤光片滤光掉杂散光后被探测器所探测，并经过信号解调单元解调，使主从节点建立通信，实现通信同步，同时将主节点的精准时钟信息调整到从节点的时钟上，建立时钟同步；

9、s6、从节点时钟同步后向主节点返回携带从节点时间的时间帧信号，被主节点接收后对比自身精准时钟，将误差返回给从节点，从节点根据误差调整自身时钟；

10、s7、拓扑组网中的多个潜器节点不断交互自身的通信信号和时间信号，缩短相互之间的误差，达到高精度信号同步。

11、进一步，在s1中，通过时间帧格式将主节点的精准时钟信号加载到通信信号上。

12、进一步，在s2中，通过插帧等方式对通信信号和时间信号进行处理，以加强其抗干扰性。

13、进一步，在s3中，激光信号通过光束的整形和振镜的对准，以将激光信号发射至信号接收端。

14、进一步，在s4中，通过光学接收单元接收到激光信号后，将接收到的激光信号聚焦为一个可以被探测单元能够探测到的面积上。

15、进一步，在s7中，拓扑组网中多个节点通过连通型的拓扑结构相互缩减误差。

16、进一步，在通信过程中不断使用双向授时法对从节点进行授时，保证授时的精准。

17、一种水下激光的高精度同步信号系统，包括：

18、信号发射端，用于将激光加载时钟信号和通信信号，且发送至信号接收端；

19、信号接收端，用于将信号发射端发射的光信号接收且同步。

20、进一步，信号发射端包括：

21、激光器，用于发出高速调制的高斯激光，给通信信号提供载体；

22、授时单元，用于将时间信号通过信号调制单元加载到通信信号上；

23、信号调制单元，用于将通信信号和时间信号通过特定的调制格式加载到激光上；

24、光学发射单元，用于将激光的扩束、对准，使激光被信号接收端探测。

25、进一步，信号接收端包括：

26、光学接收单元，用于将接受到的光信号聚焦和滤掉杂散光，使激光信号被探测单元探测；

27、探测单元，用于将激光信号进行探测；

28、信号解调单元，用于将调制信号转换为原始的模拟信号或数字信号的设备或电路；

29、同步单元，用于通过接收到的精准时钟信号和通信信号，将精准时间信号同步到从节点的系统中，并将通信等信息汇总。

30、本发明具有以下优点：

31、(1)、本发明采用了通信时间帧授时的方法，代替的传统的声波通信授时方法，通信速率更快、授时精度更高，抗干扰性更强。

32、(2)、本发明在水下复杂环境下引入了信号处理的方法，能够有效提高水下信号同步的抗干扰性。

33、(3)、本发明采用了双向授时法，通过主从节点双向授时，极大缩减了授时误差。

34、(4)、本发明采用了环形拓扑结构同步缩减误差法，通过拓扑结构同步缩减误差。

技术特征：

1.一种水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在s1中，通过时间帧格式将主节点的精准时钟信号加载到通信信号上。

3.根据权利要求2所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在s2中，通过插帧等方式对通信信号和时间信号进行处理，以加强其抗干扰性。

4.根据权利要求1所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在s3中，激光信号通过光束的整形和振镜的对准，以将激光信号发射至信号接收端。

5.根据权利要求1所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在s4中，通过光学接收单元接收到激光信号后，将接收到的激光信号聚焦为一个可以被探测单元能够探测到的面积上。

6.根据权利要求1所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在s7中，拓扑组网中多个节点通过连通型的拓扑结构相互缩减误差。

7.根据权利要求1所述的水下激光的高精度同步信号方法，其特征在于，在通信过程中不断使用双向授时法对从节点进行授时，保证授时的精准。

8.一种水下激光的高精度同步信号系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的水下激光的高精度同步信号系统，其特征在于，信号发射端包括：

10.根据权利要求8所述的水下激光的高精度同步信号系统，其特征在于，信号接收端包括：

技术总结本发明公开了一种水下激光的高精度同步信号方法及系统，属于水下通信技术领域，该同步信号方法包括以下步骤：将主节点的精准时钟信号加载到通信信号上，随后激光加载通信信号；信号处理完成的激光信号顺利发射到信号接收端；收到信号后进行聚焦；聚焦完成的信号光被探测器所探测，并经过信号解调单元解调，将主节点的精准时钟信息调整到从节点的时钟上，建立时钟同步；拓扑组网中的多个潜器节点不断交互自身的通信信号和时间信号，缩短相互之间的误差，达到高精度信号同步。还公开了一种水下激光的高精度同步信号系统。本发明采用了通信时间帧授时的方法，代替的传统的声波通信授时方法，通信速率更快、授时精度更高，抗干扰性更强。技术研发人员：李怀亮,魏佳广,何宁,冯晓伟,徐善志,张西伟,王星轲,王震,于文太,赵福臣受保护的技术使用者：中国海洋石油集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23