简易激光收发系统

背景六十年代激光出现以来，光学和整个现代科学的面貌都焕然一新，激光以其突出的高度相干性、高亮度、方向性好、极小的发散角、功率集中等优异特点广泛应用于各个邻域中。

空间激光通信是指利用激光束作载波在陆地或外太空直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术。

与微波通信相比，激光通信具有以下显著的优势：激光波长短，通信容量显著增大；较小的发射功率需求；较小的收发天线和系统结构；各通信链路间的电磁干扰小；由于通信激光束发散角很小，保密性强，这一点对军事应用十分重要。

研究现状主要研究单位有：NASA的喷气推进实验室、美国空军部、林肯实验室、欧空局、日本邮政通信室、宇宙开发事业团。

国内目前主要研究单位有哈尔滨工业大学、北京大学、电子科技大学、长春理工大学、上海光机所、武汉大学及空间技术研究院504所等。

关键技术：激光及高码率调制技术、光学准直技术、高增益光学收发天线、高灵敏度光信号接收技术、快速精确的APT（捕获、瞄准、跟踪）技术、大气信道技术。

自由空间光通信原理：最初的无线激光通信系统和无线电系统在结构上基本相同。

信号通过调制器加载到光波上，通过光学天线将发散角极小的光束向发射出去。

接收端的光学天线捕获到经调制的光波后，首先经过光探测器件将光信号转换为电信号，然后由解码器解调作加载的信号。

其中激光器类似于无线电通信中的射频发生器。

发射端和接收端的收发光学天线相当于无线电收发电线。

所不同的仅仅是激光通信使用光波作为信息的载波。

光学天线其实就是光学望远镜，只是尺寸有明显的减小。

一、光空间通信技术（FSO）自由空间光通信或称无线光通信（FSO：Free Space Optical Communication）是一种宽带接入方式。

FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。

FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。

850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。

激光对射周界报警系统原理解析-设计应用基础构成激光对射报警系统主要由激光发射机、激光接收机、报警主机及报警输出设备等几部分组成。

报警主机：根据防区设计的实际需要，选配能够控制和接收开关量信号的报警主机，常安装在中心控制室。

发射机：是能够发射一定功率激光的专用设备，它是由供电单元、激光发射控制器和结构安装机架组成。

接收机：它是由供电单元、激光控制器和结构安装机架组成。

工作原理激光对射报警系统属于主动入侵报警系统。

在警戒区域内安装有激光发射和接收机，它们收发激光的结果就会在防范区域内形成了一个激光围栏。

发射机可向百米远外的接收机发射出多道平行的不可见激光光束，接收机在接收到激光信号后就与发射机形成了一个完整的光通路，当有入侵者入侵时，就会阻断光通路内的激光接收，从而实现终端报警。

激光对射周界报警系统是防盗报警的一个分支，激光对射周界报警系统主要是为了防止非法人员从非入口未经我们的允许非法擅自闯入设定的防区，从而避免各种潜在的生命财产危险。

有效的防护周边区域，对翻越行为提供及时的报警；以前激光对射周界报警系统的应用范围比较少，主要是应用在一些重点场所，但是随着技术的更新和发展，激光对射周界报警系统也不断的应用在其他的行业当中，比如小区，银行，工厂等等，所以激光对射周界报警系统每年都在不断的扩充。

激光对射周界报警系统一般是开关量信号输出的前端探测设备接报警主机，另一种是依靠总线进行管理，再接微机上安装的软件。

至于前端探测设备，那就比较多了，比如电子围栏、泄漏探测、振动探测、红外探测、激光对射探测、微波探测等，其中，电子围栏当中又有张力的，有高压电子脉冲的，有静电感应的等等这些都是是根据不同的物理原理来实现相同的探测目的。

激光对射周界报警系统的特点探测距离远，误报率低激光入侵探测系统与同类主动探测系统相比，对恶劣气候环境的适应性显着增强。

激光束发射的功率密度大，发散角小，光束集中，方向性好，使用同等功率器件的条件下，在百米处，目标接接收激光束的功率密度是红外发光二极管光束的数倍，因而穿透雨、雪、雾、风沙能力强，极大降低了误报率。

摘要：空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势，成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段，特别在
微小卫星应用场合，更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基 础上，总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术，归纳了工程化应用、双
Abstract: With its high speed, small size, light-weight and low power consumption, space laser communication has become an indispensable and effective means of high-speed communication between satellites, especially in micro-satellite applications, which can benefit more strongly from the advantages of laser communication. This paper provides a detailed introduction of the latest research progress in the field of micro-satellite laser communication technology. On this basis, key techniques such as light miniaturization of identical orbital terminals, light miniaturization of different orbital terminals and turbulence mitigation technologies are summarized, and the development trends of the technology’s applications, duplex communication, singlepoint to multi-point, localization and batch production capacity are concluded. Key words: space laser communication；free-space optical communication；micro-satellite；space-based inter-

第3章 光收发设备
1. IM-DD光纤通信系统 2. 衰减和色散队中继距离的影响 3. 噪声及灵敏度分析
3.1 IM-DD光纤通信系统
1. 光纤通信中的线路码型 2. IM-DD光纤通信系统的结构
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3.1.1 光纤通信中的线路码型
• 在数字光纤通信系统中所传输的信号是数字信号, 而由交换机送来的电信号符合 ITU-T所规定的脉冲编码调制(PCM)通信系统中的接口码速 率和码型 。
d)调谐放大 ——它的作用是用非线性处理后的波形来激励调谐 放大器, 然后在它的谐振回路中选出时钟频 率fb的简谐波, 经调谐放大后的波形如图4-17(d)所 示。
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e) 限幅: ——经过限幅, 可将上 述简谐信号波 形变为如图4-17(e)所 示的波形。
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f) 整形、移相 ——整形电路将经限幅后的波形变为矩形脉 冲；移相网络再将此矩形脉冲串的相位调整到 最佳判决时所需要的相位, 最后得到如图417(f)所示的时钟信号。
• 高速调制时多纵模的随机起伏
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2. 色散对中继距离的影响
(3) 啁啾声对中继距离的影响 对于处于直接强度调制状态下的单纵模激光器,
其载流子密度的变化随注入电流的变化而变化。这样使 有源区的折射率指数发生变化, 从而导致激光器谐振腔 的光通路长度相应变化, 结果致使振荡波长随时间偏移 , 这就是频率啁啾现象。
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1. 光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ① 均衡放大: 补偿由传输所产生的衰减和畸变 。 ② 码型变换: 将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。
③ 复用: 复用是指利用一个大的传输信道来同 时传送多个低容量的信息以及开销信息的过程。
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1. 光发射机

模块MOD-DEF管脚提供标准的12C总线接口，使模块与外接系统进行通讯，实现DDM数字 诊断功能。 2．2 基于相关光通讯行业标准的SFP模块设计 在光纤通讯领域为了保证产品最大的易用性和兼容性， 一些相关光通讯行业的标准和协 议应运而生，我们此方案设计的SFP主要涉及到ITU G.957，SFP-MSA，SFF-8472三个标准。 2．2.1 基于ITU G.957标准的设计 ITU G.957此标准主要规定我们设计此SFP光模块所需要满足的光电参数性能， 已满足我 们80km的长程传输。它主要给出以下几点关于SFP光模块的主要要求： (1)一些光电测试参数的定义； (2)这些光电参数的测试条件和测试方法； (3)给出应用于SDH/SONET光通讯系统各个速率光收发合一模块应该满足的光电参数指 标。本课题主要针对的是SDH STM-16和SONET OC-48 80km L16.2的长程SFP模块，因此我们 需要设计的光模块的光电参数指标需要符合标准定义或者更好，我们设计SFP模块的目标光 电参数如下：
2.5G的电调制信号，通过TD差分数据输入脚输入到光模块发射部分，通过模块内部的 Laser Driver产生调制光信号数据，通过光纤传输。光信号到接收数据端，通过光模块的接 收部分将光信号转换为调制电信号并进行整形放大， 通过模块的Rx差分数据脚进行输出。 从 而实现数据通过光纤的长程传输。
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2002年8月1日，国际SFF通讯委员会发布了由Agilent Technologies、Finisar Corporation、EMC等公司一起讨论的关于实现SFP数字诊断功能扩展的标准协议SFF-8472。 这是SFP模块在功能扩展上的又一里程碑。 2003年6月5日，Agilent Technologies德国公司率先推出了具备DDM功能的SFP光收发 合～模块工作速率达到1.25G。此后其他国外光通信厂商纷纷推出自己具有DDM功能的SFP模 块，模块的工作速率也由155M逐渐提升至5G。 国内发展状况相应滞后一年多的样子， 2002年中旬国内较为知名的光模块制造厂商如武 汉电信器件有限公司，深圳飞通光电有限公司等开始研制SFP光收发合一模块。 2003年中旬武汉电信器件有限公司， 深圳飞通光电有限公司等国内光模块制造厂商开始 推出SFP光收发合一模块，速率最高可工作于2.5G。 2005年国内光模块制造厂商开始陆续推出具备DDM功能的SFP模块。2005年6月，飞通光 电公司的SFP光收发合一模块项目被列入国家开发计划， 国内厂商的SFP模块开发得到国家的 支持。 2005年至2006年， SFP光模块开始真正在国内光通信市场火爆起束， SFP模块种类从传输 距离，工作速率上开始逐渐多样化起来。工作速率开始向5G发展，采用高灵敏度的APD接收 的长程SFP光模块也开始开发并逐渐成熟。支持粗波分光通信系统的CWDM SFP也出现了。 今后，SFP光模块的发展将继续向着多样化，高集成度，阵列化方向发展。高于5G的SFP 光收发合一模块、应用于DWDM密集波分复用的DWDM SFP、4路高密度可插拔光模块QSFP的开 发都是今后SFP模块研究的方向。 SFP光模块正以其独特的优势在光通信发展的大路上快速向 前。 本论文所研究的高性能SFP光收发合一模块集成了目前国内外光收发模块的先进技术， 不仅采取了高集成度的SFP模块封装形式并具有高灵敏度和长传输距离的特点，而且具备数 字诊断功能这一先进的模块功能。 整个模块的光电参数指标都满足和优于光通信标准， 在国 内处于领先水平。 1．3 论文研究的内容与意义，关键技术描述 本文以研制的小封装SFP(Small Form-Factor Pluggable)主流光模块，对光收发模块的 结构原理，关键技术，LD/PD组件和设计原理，测试系统和方法加以分析和研究。 本论文研究内容的关键技术： (1)总体方案设计： 为实现光电器件、 印刷电路板(PCB)、 DUPLEX LC光接口的混合集成。 考虑光器件的长度和模块的限制尺寸，模块的布板面积非常小。为此，应尽量采用短的光器 件以给PCB电路扳留出尽可能大的面积、 在PCB设计时可采用封装好的IC块进行自动化表面组 装技术(SMT)工艺。 (2)发射部分：模块需要长程传输，并且调制速率达到2.5G。因此需要选型1550nm低传 输损耗的无制冷DFB激光器吼为满足模块对光功率、可靠性、光反射、光路长度的要求，需

引信作用距离是激光引信系统的重要参数之一。利用 对目标表面散射的激光功率的探测，激光引信可感知目标， 并对作用距离进行估算。
宽光束的激光引信发射的能量呈空间分布，同一径面 上不同点的能量强度会不相同，这会影响引信作用距离的 精度，严重的可能会影响引信工作的稳定性。
收 稿 日 期 ：２０１８ ０７ １８； 修 回 日 期 ：２０１８ ０８ １６。 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目（６１１０１２０９）。 作 者 简 介 ：施 智 勇（１９６４ ），男 ，上 海 人 ，硕 士 ，主 要 从 事 并 行 计 算与系统模拟解决方案方面的研究。
测试与故障诊断
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１９．２７（２） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
· ２９ ·
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１９）０２ ００２９ ０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１９．０２．００７ 中图分类号：ＴＰ２３ 文献标识码：Ａ
激光引信收发视场测试及数据处理
施智勇，忻云龙，徐 方
（上海师范大学 教育学院，上海 ２００２３４）
Hale Waihona Puke 摘要：要批量生产导弹激光引信，就要快速测试激光引信的各种测量参数；使用通常方法，完成各项测试所需时间较长，不 利于批量生产激光引信产品；为了快速获得发射视场与接收视场的各项测量参数，针对采用宽光束的激光引信，采用激光引信收 发视场的一次测量，根据所得测试数据，进行数据处理的方法；由测试数据可以计算出收发视场的匹配系数，并推导了在已知目 标反射率和面积情况下，计算引信作用距离随视野分布所用的公式，可以避免实际测量带来的耗时；通过的实验验证，发现理论 计算值基本与实际测量值的误差较小，可以认为它们基本相同；利用该计算方法可以在实验室测试引信收发组件后，快速计算出 每套引信窗口的作用距离曲线，可以避免和减少实物测试的麻烦。

文章编号：

1671 -4598(2022)07 - 0246 - 09 DOI：10. 16526/j. cnki. 11-4762/tp.

2022. 07. 037

中图分类号:TP36

文献标识码：

B

计算机测量与控制.

2022. 30(7)

・246・

Computer Measurement &

Control

k k 乂 乂 J: J ” ■ J: J J .<■ .<■ Jr

激光飞秒手势识别算法建模及其 简易导航微系统实现

(南昌职业大学信息技术学院，南昌

330500)

摘要：为了解决演示场合展示办公应用的高性价比手势导航产品系统的需求，

提出并阐述了基于高性能的激光飞秒测距传感

和人工智能深度学习自适应进行手势识别的算法模型，做到了准确可靠、工效卓著和低成本，有力的突破了现有传统手势识别的 局限；以此激光飞秒手势识别为核心，结合Lora短距离无线传输、WinUSB便捷接口和视窗控制软件处理的组合优势，

独辟蹊

径，实现了高性价比的简易导航微产品系统，使手势识别走向大众化常规应用，达到了教学、论坛、会展、会议等演示办公廉价 便捷运用的期求。

关键词：激光飞秒测距；人工智能深度学习；BP_NN；手势识别算法模型；LoRa长距离无线通信；WinUSB接口；

视窗展

示控制

Modeling of Laser Femtosecond Gesture

Recognition

Algorithm

and Implementation

of Simple Navigation

Microsystem

KAI Zhaoqian, SHI

Jifeng

(Institute o£ Information Technology» Nanchang Vocational University, Nanchang 330500, China)Abstract:

In order to solve the demand of the high cost performance gesture navigation product system for the office application in

激光对射报警系统简介AJ005JG激光对射报警系统采用了808nm波长不可见光激光技术，易于隐蔽布防，可以垂直或水平安装在防范区域内。

激光不会象无线电波、红外光那样，受到背景或不同温度物体的干扰。

激光的穿透力强、误报率低、防范距离远，而且不受外界背景光的影响和干扰；在烈日下布防也不会影响产品的性能。

我们可以根据使用要求，调整探测防范距离。

该产品美观大方、安装调试方便、防水性能好，适用于室内外安全防范作业的场合，可全天候工作。

AJ005JG激光对射报警系统产品已经通过中国公安部的质量合格认证。

2、使用范围可以广泛的应用在铁路、地铁、厂矿企业、油田、油库、金库、码头、图书馆、银行、电力站、博物馆、展览馆、院校、饭店、养殖场、机场、监狱、军事重地、军械库、边防、海防等室内外安全防范场所。

3、系统特点3.1、探测距离远，误报率低激光入侵探测系统与同类主动探测系统相比，对恶劣气候环境的适应性显著增强。

激光束发射的功率密度大，发散角小，光束集中，方向性好，使用同等功率器件的条件下，在百米处，目标接接收激光束的功率密度是红外发光二极管光束的数倍，因而穿透雨、雪、雾、风沙能力强，极大降低了误报率。

3.2、抗干扰性强，对其它设备无干扰激光报警系统自身抗电磁干扰性强，并对警戒激光束传播通路以外的区域、设备无任何电磁干扰。

由于激光发散角小，光束集中，光束只在闭路中传输，当用多组激光探测器在直线方向接续传输或小转折角传输时，均无红外线探测器所产生的相互串扰现象，从而消除此时红外线探测器产生的漏报警。

对周围环境无任何光散射、污染。

3.3、防范性强1）可实施连续交叉布防，无互相干扰的问题。

2）可实施多道独立的光束平面、空间立体分布。

3.4、适应性广1）激光入侵探测器响应时间在10ms-500ms之间可调（同类主动探测器响应时间在50ms-500ms之间），可根据设备安装的不同现场环境调整响应时间，适应环境范围更广。

2）可在-40°C～70°C的环境下正常工作，无需任何电加热器。

摘要近年来，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇，同时由于光通信器件制造技术的飞速发展，无线光通信设备的制造成本大幅下降，FSO得到越来越多的应用。

虽然目前FSO的使用无需通过政府的频率许可（目前无线电频率划分至300GHz，而光波远远超过该频率），但对于无线电管理部门来说，了解这种全新的通信技术的特征和发展趋势是大有裨益的。

利用激光在自由空间传输方式实现建筑物间的无线通信,向电信服务商提供比传统光缆传输速度更决、成本更低、安全可靠的高速通讯解决方案,实现企业与光纤基础设施的最后一公里连通。

自由空间光传输(FSO)主要在第一层(物理层)工作,可适应任何协议(SONET、SONET/SDH、ATM、FDDI、以太网、快速以太网)。

该技术不依赖于通讯协议,历经实际应用的检验,由客户自行安装使用。

技术指标：带宽20M-100MHz;工作距离1000m;可靠性99.999％;灵敏度-40dBm;最大功耗20w。

关键字：无线激光通信、最后一公里、FSOAbstractIn recent years, with the \"last mile\" of high bandwidth and low cost and the urgent need of access technology, FSO stadia in transmission, broadband access in the new development opportunity, at the same time as optical components manufacturing technology rapid development, the wireless communication equipment manufacturing cost significantly lower, and FSO get more and more applications. Although at present the use of FSO not through the frequency of the government permission (currently radio frequency division to 300 GHz, and light waves far more than the frequency), but for radio management department for, understand this new communications technology characteristics and development trend of is helpful.By using laser in free space transmission mode of wireless communication between buildings and telecommunications service providers to than the traditional optical transmission speed, lower cost more never, safe and reliable high-speed communications solutions, the realization enterprise and optical fiber infrastructure last kilometer connected. Free space optical transmission (FSO) mainly in the first layer (the physical layer) work, can adapt to any agreement (SONET, SONET/SDH, ATM and FDDI, Ethernet, fast Ethernet). The technology does not rely on communication protocol, after application of the inspection by the customer to install and use. Technical index: 20 M-100 MHz bandwidth; The working distance of 1000 m; Reliability 99.999%; Sensitivity to 40 dBm; The power consumption of the biggest 20 w.Keyword: Wireless laser communication 、the last kilometer、FS,目录目录 (3)第一章无线激光通信概述 (4)1.1 无线激光通信的概念 (4)1.2 无线激光通信的优缺点 (4)1.2.1 无线激光通信的优势 (4)1.2.2 无线激光通信的缺点 (5)1.3 无线激光通信的应用场合 (5)1.4 采用无线激光技术组网通信时需要考虑一些必要影响因素 (6)1.5 简易无线光通信系统 (7)1.5.1 系统组成 (8)1.5.2简易无线光通信系统基本解决思路 (9)第二章光无线通信网 (10)2.1 光无线通信技术 (10)2.1.1 无线光接入（FSO）技术 (10)2.1.2 光无线通信存在的主要问题及解决方案 (12)2.2 光无线通信网的基本结构 (13)2.3 光无线通信技术的应用 (14)1 无线光通信在局域网连接中的应用 (15)2 无线光通信在城域、边缘网建设中的应用 (16)第三章接入网 (18)3.1 接入网概述 (18)3.1.1 接入网的概念和特点 (18)3.1.2 接入技术综述 (18)3.1.3 xDSL技术 (19)3.2 光接入网 (19)3.3 PON技术 (21)3.3.1 PON技术概述 (21)3.3.2 EPON (21)3.3.3 GPON (21)3.4 HFC技术 (21)3.5 无线接入技术 (22)3.5.1 无线接入技术概述 (22)3.5.2 本地多路分配业务 (23)3.5.3 无线局域网 (23)第四章无线光通信在最后一公里的应用 (24)4.1 接受解调电路的设计 (24)4.2 总结 (26)第一章无线激光通信概述1.1 无线激光通信的概念无线激光通信是指利用激光束作为信道在空间（陆地或外太空）直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical communication FSO）,“无纤激光通信”或“无线激光网络（Wireless Optical Networks.WONs）”。

2. 由弹道导弹防御组织与空间和导弹防御司令部共同资助的ＳＴＲ Ｖ2星地激光通信计划的两个地面实验终端已加工装配成功,Ａｓ ｔｒｏＴｅｒｒａ公司报道了ＳＴＲＶ2地面终端之间水平激光 通信的实验结果。实验中通信距离为13 8ｋｍ,在所罗戴德山与 德尔码高地之间,传输数据率为155Ｍｂｉｔ/ｓ.
欧洲的研究工作
激光通信
概述
信息高速公路的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖空间广 的通信网络系统。随着国家信息基础设施ＮＩＩ和全球信息基础设 施ＧＩＩ的提出,对通信的要求越来越高,而目前卫星通信所采用的微 波通信技术将受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制 地提高传输速率与容量。 空间激光通信是指利用光频波段作为信息 载体在空域进行的一种通信方式,不仅包括深空、同步轨道(ＧＥＯ)、 中轨道(ＭＥＯ)、低轨道(ＬＥＯ)卫星间、地面站之间的激光通信,还 包括卫星与地面站之间的激光通信。基本上可分为星间激光通信(星 间激光链路),星地间激光通信两类。
几种关键技术:精密光束瞄准,宽带 宽标捕获与跟踪。
1. 1994年美国弹道导弹防御组织(ＢＭＤＯ)通过美国空军和战略防 御司令部(ＳＳＤＣ)签署一项计划,投资开发12Ｇｂｉｔ/ｓ高数 据率激光通信终端,并计划用于1998年升空的空间技术研究载体 二号(ＳＴＲＶ2)上,其目的是演示低地球轨道卫星的激光上行和 下行链路,实验成功将证实卫星交叉链路和低地球轨道卫星上下 行链路的激光通信技术进入实用阶段。
设计出比第一代ＳＩＬＥＸ系统更小型,更高效,成本更低
的新一代实用化卫星间光通信端机,并很有可能在不久的 将来,用于全球移动通信系统中的卫星间数据传输。鉴于 此,他们断言,ＳＩＬＥＸ系统所取得的成就是光波实用于 自由空间数据交换的一个重要的里程碑 。