本實(shí)用新型屬于光電通信技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,軍事通信的中樞神經(jīng)作用顯得格外突出。軍事通信是為軍事目的而綜合運(yùn)用各種通信手段進(jìn)行的信息傳遞活動(dòng),軍事通信技術(shù)是軍隊(duì)實(shí)施通信保障的技術(shù),是軍事體系對(duì)抗的重要工具。坦克在火炮戰(zhàn)場(chǎng)上,可以做到不慌亂,不退卻,成為阻擋對(duì)方機(jī)械化部隊(duì)快速推進(jìn)的有力兵種,而為了在戰(zhàn)場(chǎng)上能更好的作戰(zhàn),坦克間需通過相互通信來實(shí)現(xiàn)各自坐標(biāo)的定位,從而進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)交流、任務(wù)調(diào)整以及其他信息的傳遞。
目前現(xiàn)代化軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中常用到的通信有無線電通信,有線電通信,光通信等。無線電通信雖然作為保障現(xiàn)代作戰(zhàn)指揮的主要通信手段,其信號(hào)易受干擾或易被截獲,易受自然因素影響,保密性差,不能保證坦克作戰(zhàn)時(shí)的隱蔽性;有線電通信雖然傳輸性能穩(wěn)定,通信質(zhì)量也較高,但通信線路建設(shè)時(shí)間長(zhǎng),投資大,維護(hù)困難,機(jī)動(dòng)性差,易遭受破壞,并且坦克在作戰(zhàn)中屬于不斷的移動(dòng)過程,有線電通信顯然不合適;而無線光通信中的可見光受自然光的影響很大,通信時(shí)不能保證通信質(zhì)量和通信效率,并且易被敵方探測(cè),容易暴露目標(biāo),對(duì)自身處境非常不利。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的是提供一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),解決了現(xiàn)有的坦克之間通信保密性差、抗干擾能力弱的問題。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是,一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),包括安裝在坦克上的四棱立方體的收發(fā)裝置,收發(fā)裝置的四面分別安裝有發(fā)射端和接收端,發(fā)射端和接收端分別在互為相鄰的面上,收發(fā)裝置的底端安裝有用于控制步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī),步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)裝置同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于:
發(fā)射端包括語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備,語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備依次與編碼器、驅(qū)動(dòng)電路、紫外LED燈連接。
語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備包括數(shù)字鍵盤、小型攝像頭、溫度傳感器、坡度傳感器。
紫外LED燈發(fā)出光的波長(zhǎng)在200~280nm之間。
接收端包括光電探測(cè)器,光電探測(cè)器依次與光電轉(zhuǎn)換器、解碼器、語音數(shù)據(jù)圖像輸出設(shè)備連接。
光電探測(cè)器采用日盲型光電倍增管。
語音數(shù)據(jù)圖像輸出設(shè)備包括聲光設(shè)備及數(shù)字液晶屏幕,數(shù)字液晶屏幕中設(shè)置有接收光強(qiáng)指示燈陣列。
本實(shí)用新型的有益效果是:
①本實(shí)用新型一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),利用無線紫外光通信技術(shù),具有隱蔽性好、寬視場(chǎng)接收、抗干擾能力強(qiáng)、低竊聽率、無需捕獲、對(duì)準(zhǔn)和跟蹤等優(yōu)點(diǎn),能夠進(jìn)行全天候工作;
②本實(shí)用新型一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),收發(fā)裝置體積小,便于攜帶和安裝,坦克之間實(shí)現(xiàn)定位通信后,能相互保持一定間距,掌 握對(duì)方情況并更好的作戰(zhàn),也防止坦克在移動(dòng)過程中發(fā)生碰撞的問題;
③本實(shí)用新型一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),在軍事作戰(zhàn)時(shí),坦克之間可以進(jìn)行隱蔽通信,便于戰(zhàn)術(shù)協(xié)同。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型坦克定位通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖;
圖2是本實(shí)用新型坦克定位通信系統(tǒng)的采用的分集接收技術(shù)的模型圖;
圖3是本實(shí)用新型坦克定位通信系統(tǒng)中主從節(jié)點(diǎn)發(fā)射端與接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意;
圖4是本實(shí)用新型坦克定位通信系統(tǒng)中主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置坐標(biāo)圖;
圖5是本實(shí)用新型坦克定位通信系統(tǒng)中接收光強(qiáng)指示燈陣列示意圖。
圖中,1.發(fā)射端,1-1.語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備,1-2.編碼器,1-3.驅(qū)動(dòng)電路,1-4.紫外LED燈,2.接收端,2-1.光電探測(cè)器,2-2.光電轉(zhuǎn)換器,2-3.解碼器,2-4.語音數(shù)據(jù)圖像輸出設(shè)備。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),紫外光具有隱蔽性好、寬視場(chǎng)接收、抗干擾能力強(qiáng)、低竊聽率等優(yōu)點(diǎn),能夠全天候工作。同時(shí)采用了紫外光散射通信,紫外光分集接收,調(diào)制解調(diào)等技術(shù),使得軍事作戰(zhàn)中的坦克能夠?qū)崿F(xiàn)相互定位和通信。
如圖1所示,一種基于無線紫外光的坦克定位通信系統(tǒng),包括發(fā)射端1和接收端2,發(fā)射端1和接收端2通過大氣信道實(shí)現(xiàn)通信。
如圖3所示,本實(shí)用新型所采用的收發(fā)裝置外觀為四棱立方柱,其四面分別裝有發(fā)射端1和接收端2,發(fā)射端1和接收端2分別在互為相鄰的面上, 對(duì)立的面收發(fā)功能相同。收發(fā)裝置底端安裝有用于控制步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī),步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)裝置同步旋轉(zhuǎn),間接控制收發(fā)裝置轉(zhuǎn)速。為避免坦克自身對(duì)光信號(hào)傳輸造成阻礙,收發(fā)裝置統(tǒng)一安裝在坦克機(jī)車身最高處無障礙的相同位置。
如圖1所示,發(fā)射端1包括語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備1-1,語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備1-1包括數(shù)字鍵盤、小型攝像頭、溫度傳感器、坡度傳感器,語音數(shù)據(jù)圖像輸入設(shè)備1-1依次與編碼器1-2、驅(qū)動(dòng)電路1-3、紫外LED燈1-4連接,紫外LED燈1-4發(fā)出光的波長(zhǎng)在200~280nm之間。發(fā)射端1利用數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)語音和圖像信號(hào)的數(shù)字化編碼處理,通過驅(qū)動(dòng)電路1-3的調(diào)制,采用紫外LED燈1-4光源實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射;主節(jié)點(diǎn)(所有作戰(zhàn)的坦克中的主坦克)發(fā)射端1一周期內(nèi)分N個(gè)時(shí)間間隙發(fā)送數(shù)據(jù)包,數(shù)據(jù)包中每個(gè)數(shù)據(jù)幀都包括主節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、轉(zhuǎn)速、與自身參考方向的夾角度數(shù),編號(hào)及所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等。
如圖1所示,接收端2包括光電探測(cè)器2-1,光電探測(cè)器2-1采用日盲型光電倍增管,用于接收主坦克發(fā)射端發(fā)送的紫外光信號(hào),光電探測(cè)器2-1依次與光電轉(zhuǎn)換器2-2、解碼器2-3、語音數(shù)據(jù)圖像輸出設(shè)備2-4連接,語音數(shù)據(jù)圖像輸出設(shè)備2-4包括聲光設(shè)備及數(shù)字液晶屏幕,數(shù)字液晶屏幕中設(shè)置有接收光強(qiáng)指示燈陣列。接收端2利用光電轉(zhuǎn)換器2-2將接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼,并使用多功能的聲光設(shè)備及數(shù)字液晶屏幕實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)圖像輸出;從節(jié)點(diǎn)通過接收到的主節(jié)點(diǎn)角度信息掌握主節(jié)點(diǎn)所處方位,并根據(jù)信號(hào)的接收能量計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)與自身距離,實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)的定位。數(shù)字液晶屏幕中設(shè)置有接收光強(qiáng)指示燈陣列,能顯示所探測(cè)到紫外光信號(hào)的光強(qiáng)程度和表示主從節(jié)點(diǎn)發(fā)射與接收端的對(duì)準(zhǔn)情況。
如圖2,為本實(shí)用新型系統(tǒng)采用的分集接收技術(shù)的模型圖。在紫外光無線通信過程中,分集技術(shù)不會(huì)在接收端2增加額外的復(fù)雜度和占用帶寬,能最為有效地抵抗衰落引起的不良影響,因此采用該技術(shù)來提高通信鏈路的質(zhì)量。
圖5為本實(shí)用新型系統(tǒng)中的接收光強(qiáng)指示燈陣列示意圖。利用該接收光強(qiáng)指示燈陣列可掌握主從節(jié)點(diǎn)間發(fā)射端1與接收端2對(duì)準(zhǔn)通信情況,具體為:觀察接收光強(qiáng)指示燈陣列,若三個(gè)指示燈都亮,此時(shí)主從節(jié)點(diǎn)發(fā)射端1與接收端2已精確對(duì)準(zhǔn);當(dāng)只有兩個(gè)燈亮?xí)r,主從節(jié)點(diǎn)發(fā)射端1與接收端2接近對(duì)準(zhǔn),并不影響正常的通信;當(dāng)只有一個(gè)燈亮?xí)r,主從節(jié)點(diǎn)間存在較小公共散射體,接收到的信號(hào)較微弱,勉強(qiáng)能完成通信;當(dāng)三個(gè)燈都不亮?xí)r,此時(shí)主從節(jié)點(diǎn)間不存在公共散射體,無法通信。根據(jù)接收光強(qiáng)指示燈陣列的亮燈情況,調(diào)節(jié)使得從節(jié)點(diǎn)接收端2與主節(jié)點(diǎn)發(fā)射端1同步,即三個(gè)指示燈都亮,使得主從節(jié)點(diǎn)以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
使用時(shí),將收發(fā)裝置統(tǒng)一安裝在所有作戰(zhàn)坦克車身最高處無障礙的相同位置,啟動(dòng)所有坦克上的收發(fā)裝置,檢查各個(gè)坦克上的收發(fā)裝置是否能正常工作,把不能正常工作的進(jìn)行更換,所有收發(fā)裝置都正常工作后,設(shè)定一輛坦克(中間坦克)為主坦克,稱為主節(jié)點(diǎn),其他坦克為從坦克,稱為從節(jié)點(diǎn),如圖3為主從節(jié)點(diǎn)發(fā)射端與接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖,每輛坦克都設(shè)置固定編號(hào),例如主節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)00000001,從節(jié)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)00000010,從節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)于00000011,從節(jié)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)于00000100等;
如圖4所示,為主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置坐標(biāo)圖(圖中主表示主節(jié)點(diǎn),從表示從節(jié)點(diǎn)),軍事行動(dòng)中,中間為主節(jié)點(diǎn),四周為從節(jié)點(diǎn),啟動(dòng)主節(jié)點(diǎn)收發(fā)裝置控制以V1順時(shí)針旋轉(zhuǎn),一周期內(nèi)分N個(gè)時(shí)間間隙發(fā)送數(shù)據(jù)包,數(shù)據(jù)包中每 個(gè)數(shù)據(jù)幀都包括主節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、轉(zhuǎn)速、與本節(jié)點(diǎn)自身參考方向的夾角度數(shù),本節(jié)點(diǎn)的編號(hào)及所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等,同時(shí)主節(jié)點(diǎn)接收斷不斷搜索,等待接收從節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)靠近,同時(shí)啟動(dòng)收發(fā)裝置,以V2順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),聲光設(shè)備及接收光強(qiáng)指示燈陣列開始工作,接收端不斷偵聽;當(dāng)接收到主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息后,從節(jié)點(diǎn)根據(jù)所接收到的信息調(diào)整轉(zhuǎn)速,最后使其接收端與主節(jié)點(diǎn)發(fā)射端對(duì)準(zhǔn),并以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)行。從節(jié)點(diǎn)發(fā)給主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的幀頭包括以主節(jié)點(diǎn)為參考,從節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置、與從節(jié)點(diǎn)自身參考方向的夾角度數(shù)、與主節(jié)點(diǎn)的距離、目標(biāo)主節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、自身編號(hào)及所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息。主節(jié)點(diǎn)收到從節(jié)點(diǎn)信息后,此時(shí)主從節(jié)點(diǎn)已建立通信鏈路。從節(jié)點(diǎn)根據(jù)信號(hào)的接收能量計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)與自身距離,通過信息反饋,最終實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)相互位置坐標(biāo)的定位。
非直視紫外光單次散射鏈路的接收能量可由下式得出:
其中,θ1為主節(jié)點(diǎn)發(fā)射端1的仰角,θ2為從節(jié)點(diǎn)接收端2仰角,Φ1為主節(jié)點(diǎn)發(fā)射端1發(fā)散角,Φ2為從節(jié)點(diǎn)接收端2的接收視場(chǎng)角,Pr為接受能量,Pt為發(fā)射能量,Ps為散射相函數(shù),Ar是接收端孔徑面積,Ke是大氣衰減系數(shù),Ke由大氣散射系數(shù)Ks和大氣吸收系數(shù)Ka組成:Ke=Ks+Ka,r為主從節(jié)點(diǎn)之間的距離;
由上式得主從節(jié)點(diǎn)之間的距離r為:
從節(jié)點(diǎn)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息內(nèi)容中參考方向的夾角度數(shù)確定主節(jié)點(diǎn)所處的具體方位,如圖4所示,為主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置坐標(biāo)圖(圖中主表示主節(jié)點(diǎn),從表示從節(jié)點(diǎn)),以主節(jié)點(diǎn)所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0),某時(shí)刻從節(jié)點(diǎn)接收到主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)后,掌握主節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、轉(zhuǎn)速、與主節(jié)點(diǎn)參考方向的夾角度數(shù)θ、編號(hào)等信息。把接收能量Pr代入公式(2)估算出主坦克與自身的距離r,圖中從節(jié)點(diǎn)B在主節(jié)點(diǎn)的θ方向處,則此時(shí)從節(jié)點(diǎn)B所處坐標(biāo)為(rsinθ,rcosθ);從節(jié)點(diǎn)發(fā)給主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的幀頭包括以主節(jié)點(diǎn)為參考的從節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置、與從節(jié)點(diǎn)自身參考方向的夾角度數(shù)、與主節(jié)點(diǎn)的距離、目標(biāo)主節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、自身編號(hào)及所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等信息,最終實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)相互定位,主節(jié)點(diǎn)需要下達(dá)命令或任務(wù)時(shí)可將信息發(fā)給對(duì)應(yīng)編號(hào)的從節(jié)點(diǎn);從節(jié)點(diǎn)也可以發(fā)送信息給主節(jié)點(diǎn)。