一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)。在飛艇的每個子系統(tǒng)中分別設置光纖通信裝置，該光纖通信裝置包括光發(fā)射模塊、光接收模塊、輸入接口、輸出接口和協(xié)議控制模塊；協(xié)議控制模塊根據配置協(xié)議對當前子系統(tǒng)的用戶數據進行處理，并通過輸入接口將電信號發(fā)送至光發(fā)射模塊；光發(fā)射模塊將電信號調制成已調光信號并耦合到光纖；光接收模塊將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，通過輸出接口發(fā)送至協(xié)議控制模塊；協(xié)議控制模塊對接收的數據包進行解析并處理。環(huán)境控制模塊用于監(jiān)測周圍溫度，使得光纖通信裝置處于穩(wěn)定的工作環(huán)境中。本光纖通信系統(tǒng)可以靈活地更換和擴展，具有抗電磁干擾、傳輸質量佳、可靠性更高等優(yōu)點。
【專利說明】一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)，屬于飛艇【技術領域】。

【背景技術】
[0002]飛艇是一種輕于空氣的航空器，其升空原理和氣球相同，但可以進行有動力航行和操縱。飛艇是一個復雜的綜合系統(tǒng)，通常包括結構、動力系統(tǒng)、中心計算機系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、起飛著陸系統(tǒng)以及電力電源系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。中心計算機系統(tǒng)負責飛艇的飛行控制、導航及艇務管理以保證飛艇的飛行安全，同時采用壓力、保型、溫度、浮力控制保證飛艇的結構穩(wěn)定。各子系統(tǒng)與中心計算機之間的距離根據飛艇的大小會從幾米到幾百米不等。
[0003]目前常見的飛艇設計方案中，飛艇各子系統(tǒng)與中心計算機(艇載計算機)之間常采用電纜或者無線通信方式。然而采用電纜通信，大量的電纜增加了飛艇的負荷。由于巨型飛艇的各子系統(tǒng)與中心計算機之間的距離很遠，電纜的重量就會影響飛艇的結構設計，成為飛艇負荷中不可忽視的因素。而電纜通信采用RS232、CAN以及RS485協(xié)議，其傳輸速率有限，難以支持高速應用的需求，如視頻的監(jiān)控及傳輸。有線通信的速率受距離影響。例如采用CAN協(xié)議，10米左右距離時點對點通信的速率可達IMb/s，100米左右距離時則降低為100k/S，300米左右距離時只能達到25K/s。如果采用無線通信方式(參見中國專利文獻CN201584918U)，由于Zigbee協(xié)議的速率低，僅適用于簡單的監(jiān)視、控制信息傳輸。其次，高空的空間電磁環(huán)境復雜，無線通信易受干擾。此外，無線網絡可能會受到攻擊，無線信號很容易被截獲和竊聽。
[0004]隨著光纖技術的不斷發(fā)展，光纖通信卻有著電纜通信、無線通信無法比擬的優(yōu)勢。例如申請?zhí)枮?00980104509.8的中國專利申請中，公開了一種用于安裝在諸如汽車和飛行器等載客交通工具上的交通工具信息系統(tǒng)的光分發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于重量輕、體積小且即使需要也只需要很少電力。然而該光分發(fā)系統(tǒng)只適用于載客的飛行器中，對于工作于高空以及超高空的飛艇來說，卻有明顯的不足。


【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)。
[0006]為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0007]—種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)，在飛艇的每個子系統(tǒng)中分別設置光纖通信裝置，所述光纖通信裝置包括光發(fā)射模塊、光接收模塊、輸入接口、輸出接口和協(xié)議控制模塊；其中，
[0008]所述協(xié)議控制模塊根據配置協(xié)議對當前子系統(tǒng)的用戶數據進行處理，并通過所述輸入接口將電信號發(fā)送至所述光發(fā)射模塊；所述光發(fā)射模塊將所述電信號調制成已調光信號并耦合到光纖后，發(fā)送至其他子系統(tǒng)；
[0009]所述光接收模塊將其他子系統(tǒng)傳輸來的光信號轉變?yōu)殡娦盘?，通過輸出接口發(fā)送至所述協(xié)議控制模塊；所述協(xié)議控制模塊對接收的數據包進行解析，并將數據包的地址信息與當前子系統(tǒng)的地址進行對比，若匹配則處理，否則進行轉發(fā)或者丟棄。
[0010]其中較優(yōu)地，每個光纖通信裝置中還包括環(huán)境控制模塊；所述環(huán)境控制模塊包括溫度采集單元、控制單元、制冷單元和加熱單元；控制單元對溫度采集單元的數據進行分析，并根據預先配置的協(xié)議判斷是否需要啟動制冷單元或加熱單元。
[0011]其中較優(yōu)地，所述子系統(tǒng)的光纖通信裝置采用鏈型連接、環(huán)型連接和星型連接方式中的任意一種。
[0012]其中較優(yōu)地，采用鏈型連接方式時，位于中間的子系統(tǒng)中包括兩套光纖通信裝置，兩套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊；
[0013]發(fā)送方子系統(tǒng)的所述協(xié)議控制模塊將數據包的目的地址設為接收方子系統(tǒng)的地址后發(fā)送；途徑的子系統(tǒng)將所述數據包中目的地址與本地地址進行對比，若相同則進行處理，否則轉發(fā)至下一子系統(tǒng)。
[0014]其中較優(yōu)地，采用環(huán)型連接方式時，每個子系統(tǒng)包括兩套光纖通信裝置，兩套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊；
[0015]發(fā)送方子系統(tǒng)的所述協(xié)議控制模塊將數據包的目的地址設為接收方子系統(tǒng)的地址后發(fā)送；途徑的子系統(tǒng)將數據包中目的地址與本地地址進行對比，若相同則進行處理，否則轉發(fā)至下一子系統(tǒng)。
[0016]其中較優(yōu)地，采用星型連接方式時，N個子系統(tǒng)分別與中心計算機子系統(tǒng)連接；所述中心計算機子系統(tǒng)包括N套光纖通信裝置，所述N套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊，其中N為正整數；
[0017]所述中心計算機子系統(tǒng)的協(xié)議控制模塊根據數據包中的源地址字段查詢子系統(tǒng)列表，判斷該子系統(tǒng)是否存在；
[0018]若存在，則對數據包進行分析:若數據包的目的地址為本地地址，則接收數據包并處理其信息字段；若數據包的目的地址字段為其他子系統(tǒng)，則根據數據包中的目的地址字段轉發(fā)所述數據包。
[0019]與現有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020]1.由于光纖傳輸的大容量和高速度，本發(fā)明提供的光纖通信系統(tǒng)支持高達IG的傳輸速率，并可以靈活擴展至10G。這使得飛艇可以支持高速率的應用載荷，如實時視頻監(jiān)控和傳輸等。
[0021]2.飛艇各子系統(tǒng)之間的距離可以極大擴展，飛艇的尺寸不再受限于傳統(tǒng)傳輸技術對傳輸距離的限制。本發(fā)明中任意兩個子系統(tǒng)之間的距離可達I千米以上，并可以很容易地擴展以支持更遠的傳輸距離。這對建造大型甚至巨型飛艇帶來極大的好處。
[0022]3.設計靈活，可擴展性強。本發(fā)明可用于各種不同的拓撲結構，包括點對點、鏈型、星型、環(huán)型及混合拓撲等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所提供的光纖通信裝置的原理示意圖；
[0024]圖2為各個子系統(tǒng)之間米用雙向通信方式的原理不意圖；
[0025]圖3為子系統(tǒng)之間采用鏈型拓撲結構的示意圖；
[0026]圖4為子系統(tǒng)之間采用環(huán)型拓撲結構的示意圖；
[0027]圖5為子系統(tǒng)之間采用星型拓撲結構的示意圖；
[0028]圖6為采用星型拓撲結構時，中心計算機的光纖通信裝置的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0030]參見圖1和圖2，本發(fā)明所提供的飛艇光纖通信系統(tǒng)采用光纖作為傳輸介質。每個子系統(tǒng)中都配置有光纖通信裝置，包括光發(fā)射模塊、光接收模塊、協(xié)議控制模塊、輸入接口、輸出接口以及環(huán)境控制模塊。其中協(xié)議控制模塊分別與輸入接口和輸出接口連接。輸入接口與光接收模塊相連接，用于將接收的采集數據發(fā)送至其他子系統(tǒng)。輸出接口與光發(fā)送模塊相連接，用于接收其他子系統(tǒng)發(fā)送的控制或者命令。
[0031]飛艇的各個子系統(tǒng)通常傳輸采集、控制、命令、狀態(tài)及視頻等數據信息。本發(fā)明稱之為用戶數據。協(xié)議控制模塊是光纖通信裝置的控制核心，根據預先配置協(xié)議對數據包進行封裝和解封裝。各個子系統(tǒng)根據配置協(xié)議中地址信息確定數據的流向。通過該協(xié)議控制模塊，使得該通信系統(tǒng)支持多種拓撲結構，如點對點、星型、鏈型和環(huán)型。輸入接口為接收協(xié)議控制模塊電信號的端口，用于將協(xié)議控制模塊接收的用戶數據的電信號發(fā)送至光發(fā)射模塊中。光發(fā)射模塊用于實現電/光轉換，包括光源、驅動器和調制器。光發(fā)射模塊將輸入接口傳輸的電信號與光源發(fā)出的光波在調制器中調制成已調光信號，通過驅動器的驅動將攜帶用戶信息的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。光接收模塊用于實現光/電轉換，包括光檢測器和光放大器。光接收模塊將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，微弱的電信號經光放大器的作用放大到足夠的電平，發(fā)送至輸出接口中。輸出接口將光接收模塊轉換的電信號發(fā)送至協(xié)議控制模塊中。協(xié)議控制模塊對接收的電信號進行解析，根據解析的目的地址確定是否由當前子系統(tǒng)的本地地址一致，如果一致則進行處理發(fā)送用戶數據；否則進行轉發(fā)或者丟棄。由于每個子系統(tǒng)的光纖通信裝置都需要接收和發(fā)送數據，為了實現子系統(tǒng)或通信節(jié)點雙向通信時，光纖通信裝置之間需要兩條光纖傳輸通路(參見圖2)。當然也可以采用波分復用技術，單根光纖實現雙向通信。本發(fā)明采用光纖作為傳輸介質，使得飛艇子系統(tǒng)之間的傳輸距離和傳輸速率都可以很靈活的擴展。
[0032]飛艇相對于其他飛行器具有更高的工作高度，最高甚至可達50000米，而現在的普通民航客機最高飛行高度不會超過12600米。所以飛艇上的通信設備必須能適應高空的惡劣環(huán)境，包括極寬的溫度范圍的影響。因此在本發(fā)明中，每個節(jié)點(或者子系統(tǒng))的光纖通信裝置還需要配置單獨的環(huán)境控制模塊才能滿足飛艇的工作需求。相對大體積的集中進行控制，溫度采集點和控制算法都需要進行適當的調整。
[0033]環(huán)境控制模塊用于調整光纖通信裝置的工作環(huán)境的溫度，確保光纖通信裝置處于穩(wěn)定的工作環(huán)境中，避免低溫對通信系統(tǒng)的破壞。環(huán)境控制模塊包括溫度采集單元、控制單元、制冷單元和加熱單元。溫度采集單元用于采集裝置工作環(huán)境中溫度。控制單元對溫度采集單元進行處理，并根據預先配置的協(xié)議判斷是否需要啟動制冷單元或加熱單元。其中，制冷單元是用來對光纖通信裝置進行散熱的設備，通常是風扇。加熱單元在低溫情況下為光纖通信裝置加熱升溫。制冷單元與加熱單元都是受控制單元的控制:當溫度低于設定值時，加熱單元啟動，達到設定范圍后停止；當溫度高于設定值時，制冷單元開始工作。此外，為進一步防止電磁干擾，需要通過加固機箱確保通信系統(tǒng)有足夠的電磁密閉。因此通過該環(huán)境控制模塊，能夠為飛艇提供更大范圍的溫度調節(jié)能力。與集中控制相比，本發(fā)明的環(huán)境控制模塊分散于每個通信節(jié)點中，能夠精確反映局部的溫度、同時信息的響應速度快。
[0034]由于飛艇的特定設計和應用需求不同，光纖通信系統(tǒng)的搭建方式和拓撲結構也是不同的。本發(fā)明所提供的光纖通信系統(tǒng)可以用于各種不同的拓撲結構，如點對點拓撲、鏈型拓撲、星型拓撲和環(huán)型拓撲。對于點對點的拓撲結構，這里不在贅述(參見圖1)。下面詳細介紹鏈型和星型拓撲結構。
[0035]參見圖3，該光纖通信系統(tǒng)采用鏈型拓撲結構。相應地，子系統(tǒng)中的光纖通信裝置采用鏈型連接方式。具體地說，飛艇中包括若干子系統(tǒng)和一個中心計算機子系統(tǒng)。除了位于端點的子系統(tǒng)外，其他子系統(tǒng)首尾相連構成了一條邏輯鏈路。各個子系統(tǒng)的順序可以進行調整，中心計算機并不一定位于端點位置。在此種拓撲結構中，為實現雙向通信，處于中間的子系統(tǒng)需要光接收模塊、光發(fā)送模塊、輸入接口、輸出接口各2個，協(xié)議控制模塊I個。協(xié)議控制模塊分別與各個模塊相連接，分別控制兩套收發(fā)裝置與相鄰的子系統(tǒng)進行通信。位于端點的子系統(tǒng)只需要配置光接收模塊、光發(fā)送模塊、輸入接口、輸出接口、協(xié)議控制模塊一個。采用鏈型拓撲結構的光纖通信系統(tǒng)在進行數據傳輸時，中心計算機子系統(tǒng)向子系統(tǒng)N (N為正整數)發(fā)送控制信息或命令時，其協(xié)議控制模塊將數據包的目的地址設為子系統(tǒng)N的地址，并將數據進行封裝等相應的處理后通過光纖通路發(fā)送到子系統(tǒng)I ;子系統(tǒng)I的協(xié)議控制模塊接收數據并提取該數據的目的地址，并將目的地址與本地地址進行對比:若與本地地址相同則對數據進行處理，否則轉發(fā)至子系統(tǒng)2 ;子系統(tǒng)2與子系統(tǒng)I的處理過程相同，直到數據最終發(fā)到子系統(tǒng)N，子系統(tǒng)N對該數據進行處理，并執(zhí)行數據中的控制信息或命令。參見圖4，子系統(tǒng)之間的拓撲采用環(huán)型拓撲結構。相應地，子系統(tǒng)中的光纖通信裝置采用環(huán)型連接方式。不同于鏈型拓撲結構，環(huán)型拓撲結構的子系統(tǒng)之間首尾相連，沒有端點。所有子系統(tǒng)都需要2套光纖通信裝置，其數據處理過程與鏈型拓撲結構類似，這里不再贅述。
[0036]參見圖5，該光纖通信系統(tǒng)采用星型拓撲結構。相應地，子系統(tǒng)中的光纖通信裝置采用星型連接方式。在星型拓撲結構中，中心計算機為整個通信網絡的核心，所有子系統(tǒng)都需要與中心計算機連接，并通過中心計算機子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)通信。如圖6所述，中心計算機則需要N套光纖通信裝置，N套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊。由協(xié)議控制模塊控制中心計算機子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的數據交換。采用星型拓撲結構處理數據時，中心計算機子系統(tǒng)和子系統(tǒng)只需在數據包中設定源地址和目的地址即可完成數據交換，各個子系統(tǒng)將數據包的地址信息與本地地址比較，決定是否進行處理。任意兩個子系統(tǒng)之間通信時，必須先把數據包發(fā)送給中心計算機子系統(tǒng)。中心計算機子系統(tǒng)的協(xié)議控制模塊根據數據包中的源地址字段查詢子系統(tǒng)列表，判斷該子系統(tǒng)是否存在。若存在，中心計算機子系統(tǒng)對數據包進行分析。若數據包的目的地址為中心計算機子系統(tǒng)，則中心計算機子系統(tǒng)接收數據包并處理其信息字段；若數據包的目的地址字段為其他子系統(tǒng)，則中心計算機子系統(tǒng)根據數據包中的目的地址字段是否為子系統(tǒng)進行數據包的轉發(fā)。在星型拓撲結構中，任意兩點之間通信時，處理時間和延時基本上是固定的。而在鏈形拓撲結構中，如果兩點的距離相對較遠，那么由于中間相隔多個節(jié)點，處理延時會相對較長。
[0037]綜上所述，本發(fā)明相對于飛艇中傳統(tǒng)的通信方式，具有傳輸速率高、容量更大，使得飛艇能夠搭載更多應用。相比電纜傳輸，光纖通信系統(tǒng)具有尺寸小、重量輕的特點，降低飛艇總重量的同時便于敷設和運輸。而相對于無線傳輸，光纖通信不易受電磁干擾的影響，具有傳輸質量佳、可靠性高等優(yōu)點。更重要的是，光纖通信比目前任何傳輸媒質的損耗都低，任意兩個子系統(tǒng)之間的距離可達I千米，并可以很容易的擴展以支持更遠的傳輸距離，使得飛艇的尺寸不再受限于傳統(tǒng)傳輸技術對傳輸距離的要求，這對建造大型甚至巨型飛艇帶來極大的好處。其次，光通信方式可以支持高達IG的傳輸速率，并可以靈活擴展更高速率直至10G。這使得難以支持的高速率的應用載荷可以在飛艇上使用，如實時視頻監(jiān)控和傳輸子系統(tǒng)等，極大的擴展飛艇的應用領域。
[0038]上面對本發(fā)明所提供的用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發(fā)明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本發(fā)明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
【權利要求】
1.一種用于飛艇的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于在飛艇的每個子系統(tǒng)中分別設置光纖通信裝置，所述光纖通信裝置包括光發(fā)射模塊、光接收模塊、輸入接口、輸出接口和協(xié)議控制模塊；其中， 所述協(xié)議控制模塊根據配置協(xié)議對當前子系統(tǒng)的用戶數據進行處理，并通過所述輸入接口將電信號發(fā)送至所述光發(fā)射模塊；所述光發(fā)射模塊將所述電信號調制成已調光信號并耦合到光纖后，發(fā)送至其他子系統(tǒng)； 所述光接收模塊將其他子系統(tǒng)傳輸來的光信號轉變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^輸出接口發(fā)送至所述協(xié)議控制模塊；所述協(xié)議控制模塊對接收的數據包進行解析，并將數據包的地址信息與當前子系統(tǒng)的地址進行對比，若匹配則處理，否則進行轉發(fā)或者丟棄。
2.如權利要求1所述的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于每個光纖通信裝置中還包括環(huán)境控制模塊；所述環(huán)境控制模塊包括溫度采集單元、控制單元、制冷單元和加熱單元；所述控制單元對溫度采集單元的數據進行分析，并根據預先配置的協(xié)議判斷是否需要啟動制冷單元或加熱單元。
3.如權利要求1所述的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于: 所述子系統(tǒng)的光纖通信裝置采用鏈型連接、環(huán)型連接和星型連接方式中的任意一種。
4.如權利要求3所述的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于采用鏈型連接方式時，位于中間的子系統(tǒng)中包括兩套光纖通信裝置，所述兩套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊；其中， 發(fā)送方子系統(tǒng)的所述協(xié)議控制模塊將數據包的目的地址設為接收方子系統(tǒng)的地址后發(fā)送；途徑的子系統(tǒng)將所述數據包中目的地址與本地地址進行對比，若相同則進行處理，否則轉發(fā)至下一子系統(tǒng)。
5.如權利要求3所述的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于采用環(huán)型連接方式時，每個子系統(tǒng)包括兩套光纖通信裝置，兩套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊； 發(fā)送方子系統(tǒng)的所述協(xié)議控制模塊將數據包的目的地址設為接收方子系統(tǒng)的地址后發(fā)送；途徑的子系統(tǒng)將數據包中目的地址與本地地址進行對比，若相同則進行處理，否則轉發(fā)至下一子系統(tǒng)。
6.如權利要求3所述的光纖通信系統(tǒng)，其特征在于采用星型連接方式時，N個子系統(tǒng)分別與中心計算機子系統(tǒng)連接；所述中心計算機子系統(tǒng)包括N套光纖通信裝置，所述N套光纖通信裝置共用一個協(xié)議控制模塊，其中N為正整數； 所述中心計算機子系統(tǒng)的協(xié)議控制模塊根據數據包中的源地址字段查詢子系統(tǒng)列表，判斷該子系統(tǒng)是否存在； 若存在，則對數據包進行分析:若數據包的目的地址為本地地址，則接收數據包并處理其信息字段；若數據包的目的地址字段為其他子系統(tǒng)，則根據數據包中的目的地址字段轉發(fā)所述數據包。
【文檔編號】H04B10/2575GK104079354SQ201410295077
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】黃典剛, 唐智勇, 李智斌 申請人:唐智勇