牛 超

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基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)探究

牛 超

石家莊諾通人力資源有限公司，河北 石家莊 050000

將激光束作為信息通道，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的雙向傳輸。當(dāng)前，激光通信是激光技術(shù)中最重要的研究點(diǎn)之一。基于激光通信技術(shù)的圖像傳輸系統(tǒng)，能夠使圖像傳輸?shù)男Ч永硐?，在一定程度上促進(jìn)圖像傳輸系統(tǒng)的發(fā)展。首先對(duì)激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的工作原理以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析；然后對(duì)激光通信圖像傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，進(jìn)一步探究了基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)；最后通過分析總結(jié)，表明激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)不僅能在很大程度上提高圖像傳輸效率，而且能實(shí)現(xiàn)圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

激光通信；圖像傳輸；通信系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

引言

激光通信是一種新興的通信技術(shù)。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，激光通信具備許多特有的優(yōu)點(diǎn)，比如抗截獲能力強(qiáng)、設(shè)備輕便、傳輸效率高、速度快、抗干擾等。因此，激光通信是目前的研究熱點(diǎn)之一，廣泛應(yīng)用于高空、深海、空地等地區(qū)的傳輸通信，有廣闊的研究應(yīng)用前景。本文重點(diǎn)探究了基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)，分析與研究了基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的發(fā)展之中，是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可缺少的技術(shù)之一。

圖像通信是指在兩個(gè)終端之間傳遞視覺信息的一種通信方式。圖像通信分為兩個(gè)步驟，分別是圖像處理與圖像傳輸。近年來，各個(gè)行業(yè)對(duì)于高速圖像傳輸?shù)囊笤絹碓礁?，因此傳統(tǒng)的圖像傳輸系統(tǒng)已無法滿足人們的需求，進(jìn)而發(fā)明了基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)，促進(jìn)了圖像傳輸?shù)陌l(fā)展。

1 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)工作原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)前，光纖通信已經(jīng)發(fā)展得較為成熟。激光通信在工作原理上與光纖通信有許多相似的地方。兩者的差別在于傳播媒介不一樣。光纖通信的傳播媒介是光導(dǎo)纖維；而激光通信的傳播媒介則是大氣。兩種傳輸技術(shù)都用的激光，因?yàn)榧す馀c其他光波相比有著獨(dú)有的特點(diǎn)，如高相干性、高單色性和高方向性等[1]。

大氣是激光通信最重要的傳輸媒介，激光通信在大氣中進(jìn)行信息傳播。激光通信系統(tǒng)最重要的組成部分是光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)兩部分；而大氣就是光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)中間的通道，要盡量確保大氣中沒有阻礙激光傳播的障礙物。光發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率只有達(dá)到要求，才能完成基于激光通信的圖像傳輸。

基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的工作原理是，首先將視頻信號(hào)從DVD輸出，調(diào)制成100?MHz高頻載波，再調(diào)制半導(dǎo)體激光器LD，然后激光傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備光電探測器，探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，解碼器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)，最終在監(jiān)視器或者示波器中輸出。這就是整個(gè)基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的工作流程。

1.2 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)有許多獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，主要總結(jié)為以下幾個(gè)方面。

1.2.1 頻帶寬，傳輸?shù)男矢?，通信容量?/p>

激光通信和微波相比，頻率在很大程度上得到了提高，并且在傳輸和通信時(shí)，載波頻帶寬，這在很大程度上提高了通信和傳輸效率。

1.2.2 可傳輸?shù)念l譜資源較為豐富

激光通信相比于其他通信方式來說，適用范圍大幅提高，且適用于多種通信協(xié)議，不易受到通信協(xié)議的限制。

1.2.3 傳輸過程中不易發(fā)生信息泄露，保密性強(qiáng)

激光通信的一大優(yōu)點(diǎn)是定向性強(qiáng)。由于激光通信的光發(fā)射機(jī)發(fā)出的光束較為纖細(xì)，因此通信不易受到外界干擾，保密性較強(qiáng)。

1.2.4 易于處理突發(fā)事件，可靠性高

激光通信的傳輸媒介是大氣和光源。由于光束纖細(xì)、發(fā)散角小，因此傳輸較為可靠，不易受到衛(wèi)星通信的干擾，提高了傳輸效率和傳輸質(zhì)量，更為可靠[2]。

1.2.5 體積小、質(zhì)量輕，利用率高

與其他通信方式相比，激光通信的利用率較高，有利于節(jié)約成本。此外，由于波長較短，激光通信的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡與接收望遠(yuǎn)鏡的口徑較小，因此激光通信的設(shè)備體積與質(zhì)量都會(huì)大幅減少。

1.2.6 功耗較低

上文提到了激光的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如激光的能量較為集中、發(fā)散角較小且功率密度較高。這些優(yōu)點(diǎn)都決定了發(fā)射機(jī)的功率會(huì)在很大程度上減小，因此功耗也會(huì)隨之減小。圖像傳輸通信是一項(xiàng)高科技工作，成本較高，如果功耗減少，就能在很大程度上減少成本，節(jié)約資源。

2 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

激光通信包含三種類型，分別是大氣激光通信、空間衛(wèi)星激光通信以及水下激光通信。激光通信通常由光發(fā)射機(jī)、空間信道以及光接收機(jī)組成。光發(fā)射機(jī)到空間信道和空間信道到光接收機(jī)之間，都由光信號(hào)進(jìn)行傳輸，圖像由光發(fā)射機(jī)進(jìn)入，再從光接收機(jī)輸出，最終完成激光通信的圖像傳輸。在整個(gè)圖像傳輸系統(tǒng)中，還需要對(duì)光束進(jìn)行調(diào)整，放大信號(hào)，其中光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)是最重要的構(gòu)成元素。

2.1 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)

基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，簡稱光發(fā)射機(jī)。它的主要組成部分分別是：電端機(jī)、接口、線路編碼、驅(qū)動(dòng)電路以及光源。其中，驅(qū)動(dòng)電路和光源是最核心的組成部分。對(duì)光源要進(jìn)行功率控制與溫度控制，稱為控制電路[3]。

光發(fā)射機(jī)的工作原理是：首先，電信號(hào)從電端機(jī)中輸出，然后經(jīng)過接口，進(jìn)入光發(fā)射機(jī)中，線路編碼會(huì)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合的碼型，便于線路傳送，接著通過驅(qū)動(dòng)電路，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，光源會(huì)將光信號(hào)輸出成為連續(xù)光波。控制電路會(huì)對(duì)溫度和功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，保證輸出的是平均光功率。

2.2 基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)接收機(jī)的設(shè)計(jì)

基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，簡稱光接收機(jī)。光接收機(jī)的主要組成部分是：光檢測器件、前置放大器件、主放大器、均衡器、定時(shí)判決器、解碼器、定時(shí)提取器以及偏壓控制器。通常情況下，光檢測器件主要由高度靈敏的光電二極管組成。光接收器的工作程序主要是：首先由高度靈敏的光電二極管利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測，然后信號(hào)將通過前置放大器和主放大器，使其放大到判決電路所需要的信號(hào)電平，這樣輸出的電信號(hào)才能保持穩(wěn)定。均衡器可以使信號(hào)均衡，成為升余弦波，進(jìn)而減少碼間干擾和噪聲干擾。定時(shí)判決器能夠把經(jīng)過均衡器后生成的波形判決再轉(zhuǎn)換為原來的波形。定時(shí)提取器的主要功能是把時(shí)鐘從接收到的信號(hào)中提取出來。解碼器則是與光發(fā)射器中的編碼相對(duì)應(yīng)，將接收到的編碼再轉(zhuǎn)換為發(fā)射端的電信號(hào)，最終輸出到終端接收機(jī)。

3 總結(jié)

基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)是一種新興的傳輸技術(shù)。這種傳輸系統(tǒng)定會(huì)成為未來通信行業(yè)中非常重要的研究方向。近年來，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ趫D像傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?，傳統(tǒng)的圖像傳輸系統(tǒng)早已無法滿足行業(yè)的發(fā)展，因此如果能廣泛實(shí)現(xiàn)基于激光通信的圖像傳輸，就能進(jìn)一步促進(jìn)信息的傳輸，為人們的生產(chǎn)和生活提供便利。綜上所述，基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)是我國新興技術(shù)領(lǐng)域中非常重要的研究點(diǎn)之一。廣大的從業(yè)人員要提高對(duì)激光通信技術(shù)的重視，加大研究力度；國家更要加強(qiáng)對(duì)激光通信技術(shù)的支持，增加資金投入，共同促進(jìn)我國激光通信技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)基于激光通信的圖像傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)我國科學(xué)技術(shù)水平的提高。

[1]馬惠軍，朱小磊. 自由空間激光通信最新進(jìn)展[J]. 激光與電子學(xué)進(jìn)展，2015，42（3）：7-10.

[2]杜安源，柯熙政. 大氣激光通信系統(tǒng)中RS碼的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2016（7）：42-43.

[3]鄧天平. 自由空間光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)管理與技術(shù)，2016（5）：24-25

Research on Image Transmission System Based on Laser Communication

Niu Chao

Shijiazhuang Nuotong Human Resources Co., Ltd., Hebei Shijiazhuang 050000

The laser beam is used as an information channel to realize bidirectional transmission of information. Currently, laser communication is one of the most important research points in laser technology. The image transmission system based on laser communication technology can make the image transmission effect more ideal, and promote the development of the image transmission system to a certain extent. Firstly, the working principle and design scheme of laser communication image transmission system are analyzed. Then the design of hardware equipment of laser communication image transmission system is expounded, and the image transmission system based on laser communication is further explored. Finally, through analysis and summary, It shows that the image transmission system of laser communication can not only improve the image transmission efficiency to a large extent, but also realize the real-time performance of image transmission, which has great practical value.

laser communication; image transmission; communication system; design

TN929.1

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