一种单向光声通信系统及其通信方法与流程

1.本发明涉及激光技术及应用领域，具体涉及一种单向光声通信系统及其通信方法。


背景技术：

2.为实现声音信息的远距离定向传输，通常需要在发送端将加载声音信息的电信号、无线电信号或光信号发送至接收端，通过有源接收器件对信号解调得到声音信息。常见的有源接收器件包括电话、手机、对讲机、电脑和耳机等，均需要电能才能正常工作。但在某些场景中，当信息接收端不具备有源接收器件，或接收器件没有电能供应时，则无法实现声音的远距离定向传输。
3.随着声学技术的发展，可实现声音定向传播的定向声技术得到快速发展，利用定向声学设备将发送定向声波传输至接收端，无需有源接收器件，人们即可听到声音。但由于定向声波的发散角通常较大，声压强度会随着传输距离的增加而迅速下降，不易实现声音信息的远距离传输。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种单向光声通信系统及其通信方法。该系统通过采用光声通信方法，以激光为声音信息载体，采用激光直接照射接收端的光致发声器件，在光声效应作用下使材料直接产生声音，无需处理电信号，通过将光能转换为声能，能够实现远距离点对点通信，而且保密性强，抗电磁干扰能力强。
5.一种单向光声通信系统，包括设置在发送端的传声器、编码器、编码激光器、跟瞄发射转台，还包括设置在接收端的光致发声器件；其中，
6.所述传声器，用于实时采集声音信息的频域信号，并传递至编码器；
7.所述编码器，用于在接收到声音的频域信号后，实时将频域信号转化为相应的时域信号，为编码激光器提供调制信号；
8.所述编码激光器，用于根据所述时域信号对激光强度进行调制，产生相应时域波形的编码激光，传送至跟瞄发射转台；
9.所述跟瞄发射转台，用于瞄准接收端目标的光致发声器件，并将接收到的编码激光照射至光致发声器件上；
10.所述光致发声器件，所述光致发声器件设有光声特性的材料，用于在接收到编码激光后，产生相应的声音信息。
11.较佳地，所述编码激光器根据时域信号对激光强度进行调制。
12.较佳地，所述光致发声器件上的光声特性的材料为石墨烯材料。
13.较佳地，所述光致发声器件上的光声特性的材料为水蒸气。
14.一种单向光声通信系统的通信方法，包括如下步骤：
15.步骤一、发送端采集所要发送的声音信息的频域信号；
16.步骤二、对所述频域信号进行编码，转化为相应的时域信号；
17.步骤三、根据时域信号对编码激光器的激光强度进行调制，输出相应时域波形的编码激光；并通过跟瞄发射转台将编码激光照射至光致发声器件上；
18.步骤四、设有光声特性材料的光致发声器件设置在接收端目标上，收到编码激光后，产生相应的声音信息。
19.较佳地，所述编码激光器根据时域信号对激光强度进行调制。
20.较佳地，通过控制瞄发射转台的方位角和俯仰角，实现与光致发声器件的瞄准。
21.较佳地，所述光致发声器件上的光声特性的材料为石墨烯材料。
22.较佳地，所述光致发声器件上的光声特性的材料为水蒸气。
23.有益效果：
24.1、本发明采用传声器1、编码器2、编码激光器3、跟瞄发射转台4和光致发声器件5相互之间的配合，采用光声通信理论，以激光为声音信息载体，在光声效应作用下使材料直接产生声音，无需处理电信号，打破了传统的无线电信号传输方式，通过将光能转换为声能，能够实现远距离点对点通信，而且保密性强，抗电磁干扰能力强。
25.2、本发明将石墨烯或水蒸气镀在玻璃、金属等基底材料上，在光声效应作用下，无需外接电源，石墨烯或水蒸气会直接产生相应的声音信息，声音的频谱和声压与编码激光的频谱和脉冲能量相对应。
26.3、本发明利用激光照射光致发声材料时，材料会在光声效应作用下将部分光能转化为声能,且所产生声音的声压和频谱与激光的脉冲能量、时域波形和光斑尺寸等特征参数相关的特性，采用光声通信方法，在发送端将声音信息加载到编码激光中，使编码激光照射接收端的光致发声器件，在光声效应作用下，激光加载的信息可直接转化为相应的声音信息。由于激光的发射角较小，具有极强的方向性，易于实现声音信息的远距离定向传输，接收端无需有源接收器件即可直接听到声音。
附图说明
27.图1为本发明系统结构图；
28.图2为单向光声通信系统工作流程图。
29.其中，1-传声器、2-编码器、3-编码激光器、4-跟瞄发射转台、5-光致发声器件
具体实施方式
30.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。本发明的原理是：
31.由于物质的光声效应可在缺乏有源接收器件的情况下实现声音信息的远距离定向传输，当激光照射光致发声材料时，材料会在光声效应作用下将部分光能转化为声能，且所产生声音的声压和频谱与激光的脉冲能量、时域波形和光斑尺寸等特征参数相关。因此，若在发送端将声音信息加载到编码激光中，使编码激光照射接收端的光致发声器件，在光声效应作用下，激光加载的信息可直接转化为相应的声音信息。即采用光声通信方法，利用光声效应将光能转换为声能，无需处理电信号，抗电磁干扰能力强。同时由于激光的发射角较小，具有极强的方向性，易于实现声音信息的远距离定向传输，接收端无需有源接收器件即可直接听到声音。
32.本发明提供了一种单向光声通信系统，如图1所示，包括依次连接的传声器1、编码器2、编码激光器3、跟瞄发射转台4和光致发声器件5。传声器1实时采集声音信息的频域信号，并传递至编码器2，编码器2在接收到声音的频域信号后，实时将频域信号转化为相应的时域信号，为编码激光器3提供调制信号；编码激光器3根据时域信号控制声光调制器(aom)的调制强度，从而实现对激光强度的控制，产生相应时域波形的编码激光，并传输至跟瞄发射转台4，通过调整跟瞄发射转台4的方位角和俯仰角，瞄准光致发声器件5，使编码激光以特定的光斑大小照射光致发声器件，实现将信号通过跟瞄发射转台中的发射器传递至光致发声器件。光致发声器件5位于声音信息的接收端，它主要由石墨烯等光致发声材料构成，当编码激光照射光致发声材料时，在光声效应作用下，无需外接电源，光致发声器件5会直接产生相应的声音信息，声音的频谱和声压与编码激光的频谱和激光强度相对应。该系统利用光声效应将光能转换为声能，接收端无需有源接收设备即可实现远距离点对点通信，且保密性强，抗电磁干扰能力强。
33.其中，所述光致发声器件5位于声音信息的接收端，光致发声器件是将石墨烯镀在玻璃、金属等基底材料上构成，当编码激光照射石墨烯材料时，在光声效应作用下，无需外接电源，石墨烯会直接产生相应的声音信息，声音的频谱和声压与编码激光的频谱和脉冲能量相对应。同时，也可采用其他具有良好光声特性的材料作为光致发声器件材料，如水蒸气。
34.如图2所示，一种单向光声通信方法，
35.步骤一、由于声音是由各种频率分量的声波组成，故首先采集所要发送的声音信息的频域信号；
36.步骤二、对所述频域信号进行编码，可利用傅里叶变换实时将频域信号转化为相应的时域信号；
37.步骤三、根据时域信号对编码激光器3的激光强度进行调制，输出相应时域波形的编码激光；这里可采用光调制器(aom)对连续激光进行外调制，即根据调制信号电平大小，aom可实时的调整其衍射效率，通过aom对激光强度进行调制，从而输出相应时域波形的编码激光。并通过跟瞄发射转台4将编码激光以特定的光斑大小照射至光致发声器件5上；
38.步骤四、设有光声特性材料的光致发声器件5在接收到编码激光后，产生相应的声音信息。其中，光致发声器件5主要由石墨烯等光致发声材料构成，当编码激光照射光致发声材料时，在光声效应作用下，无需外接电源，光致发声器件5会直接产生相应的声音信息，声音的频谱和声压与编码激光的频谱和激光强度相对应。该系统利用光声效应将光能转换为声能，接收端无需有源接收设备即可实现远距离点对点通信，且保密性强，抗电磁干扰能力强。
39.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。