激光通信实验教学系统的制作方法

1.本发明涉及光通信设备技术领域，尤其涉及激光通信实验教学系统。


背景技术：

2.高等学校实验室承担着培养高级专门人才，提高学生实践能力、创新能力，实施素质教育的重要任务，是学校教学、科研工作的重要组成部分，是知识创新、技术开发的重要基地。
3.光无线通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此如今对无线光通信的研究受到了广泛的重视。并且，中短距离的光无线通信的光源也具有低功耗、长寿命、低成本等优点；随着光通信专业的迅速发展，实验室建设工作十分重要。实验室配置的状态对培养学生的专业技能将起重要作用。由于配置实验设施所需的成本较高，目前只有一些重点大学建立了光通信重点实验室，配备了一些实验设施，而大多数高校还未建立能提供光通信专业的实验室和实验装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的激光通信实验教学系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：激光通信实验教学系统，包括设置在演示台的激光通信固定单元和设置在演示架的能够与激光通信固定单元进行信息交互的激光通信移动单元；
6.所述激光通信固定单元包括激光通信发射模块、瞄准捕获跟踪模块和控制模块；
7.其中，所述激光通信发射模块包括一个激光发射模块、信号处理子系统，所述激光发射模块与信号处理子系统相连，所述信号处理子系统通过网关与固定单元的后端服务器相连；
8.激光通信移动单元包括至少一个显示模块、激光通信接收模块和控制模块，显示模块和激光通信接收模块分别与控制模块相连，控制模块与演示网络相连；显示模块包括显示屏和信号处理子系统，显示屏与信号处理子系统相连，所述信号处理子系统与控制模块相连。
9.在上述的激光通信实验教学系统中，激光发射模块包括数字信号接收单元和光调制单元，所述数字信号接收单元接收从信号处理子系统发送的数字信号，进行滤波和放大，发送到光调制单元中；
10.所述光调制单元将接收的信号叠加到激光led的驱动电流信号上，驱动led灯发光，从而将信号调制到光上进行传输；瞄准捕获跟踪模块包括摄像头模块、信号处理子系统，摄像头模块与信号处理子系统相连，用于将采集到的图像数据传输至信号处理子系统中；
11.信号处理子系统接收从数字信号线传来的信息，将信号调制并搬移到合适的频带
上，传递到激光发射模块；同时接收从摄像头的信号，从图像中提取信息，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至网关；控制模块用于执行瞄准捕获跟踪算法，调节机械云台子系统的角度。
12.在上述的激光通信实验教学系统中，激光通信接收模块包括光电探测模块和信号处理子系统，光电探测模块与信号处理子系统相连，信号处理子系统与控制模块相连；
13.光电探测模块包含光探测器、接收电路和数字信号发送单元，光探测器接收固定单元发出的激光信号，将其转换成电信号，传递给接收电路进行滤波和放大处理，并通过数字信号发送单元传输给信号处理子系统；激光通信移动单元的信号处理子系统通过数字信号线接收从控制模块传来的信息，将信号转换为对应的图像，传递到显示屏；同时也接收从激光通信接收模块传来的信号，解调并搬移到基带，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至演示网络；控制模块用于协调显示模块与演示网络之间、激光通信接收模块与演示网络之间的信息传递。
14.在上述的激光通信实验教学系统中，还包括可移动的旁路端，所述旁路端包括旁路通信接收模块和显示模块，所述旁路通信接收模块包括包括光电探测模块和信号处理子系统，光电探测模块与信号处理子系统相连，信号处理子系统与控制模块相连；
15.光电探测模块包含光探测器、接收电路和数字信号发送单元，光探测器接收固定单元发出的激光信号，将其转换成电信号，传递给接收电路进行滤波和放大处理，并通过数字信号发送单元传输给信号处理子系统；激光通信移动单元的信号处理子系统通过数字信号线接收从控制模块传来的信息，将信号转换为对应的图像，传递到显示屏；同时也接收从激光通信接收模块传来的信号，解调并搬移到基带，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至演示网络；控制模块用于协调显示模块与演示网络之间、激光通信接收模块与演示网络之间的信息传递。
16.在上述的激光通信实验教学系统中，所述激光通信固定单元还包括加密模块，所述加密模块使用量子密钥对所述源数据进行加密、或者使用经典密码对所述源数据进行加密，所述加密模块接收数字信号接收单元所传输的数据并加密，加密后的数据再输入至光光调制单元中。
17.在上述的激光通信实验教学系统中，所述信号处理子系统包括解密模块，所述解密模块使用与所述激光通信固定单元共享的经典密码对数字信号发送单元输入的信号进行解密，然后将解密完成的信号转换为对应的图像，传递到显示屏。
18.在上述的激光通信实验教学系统中，所述激光通信固定单元和激光通信移动单元分别配置有量子密钥分配终端alice和量子密钥分配终端bob，所述量子密钥分配终端alice和量子密钥分配终端bob基于bb84协议为收发两端分发相同的量子密钥；所述量子密钥分配终端alice与加密模块连接，产生的量子密钥供激光通信固定单元进行数据加密；所述量子密钥分配终端bob与解密模块连接，产生的量子密钥供激光通信移动单元进行数据解密。
19.与现有的技术相比，本发明的优点在于：
20.本发明的系统中，激光通信固定单元固定与演示台上，而激光通信移动单元可随意移动，激光通信移动单元在移动过程中可实时接受激光通信固定单元所发出的信号并显示在显示屏上向学习者展示，可帮助学习者理解，同时在本发明中还设置有旁路端，在激光
通信移动单元所发出信号并未加密时，旁路端同样可显示激光通信移动单元所发出的信号，但加密后却无法显示，从而向学习者展示在实际应用中加密的重要性，提升学习者的学习兴趣。
附图说明
21.图1为本发明提出的激光通信实验教学系统中激光通信固定单元的示意框图；
22.图2为本发明提出的激光通信实验教学系统中激光通信移动单元的示意框图。
具体实施方式
23.以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
24.实施例
25.参照图1
‑
2，激光通信实验教学系统，包括设置在演示台的激光通信固定单元和设置在演示架的能够与激光通信固定单元进行信息交互的激光通信移动单元；
26.所述激光通信固定单元包括激光通信发射模块、瞄准捕获跟踪模块和控制模块；
27.其中，所述激光通信发射模块包括一个激光发射模块、信号处理子系统，所述激光发射模块与信号处理子系统相连，所述信号处理子系统通过网关与固定单元的后端服务器相连；
28.激光通信移动单元包括至少一个显示模块、激光通信接收模块和控制模块，显示模块和激光通信接收模块分别与控制模块相连，控制模块与演示网络相连；显示模块包括显示屏和信号处理子系统，显示屏与信号处理子系统相连，所述信号处理子系统与控制模块相连。
29.激光发射模块包括数字信号接收单元和光调制单元，所述数字信号接收单元接收从信号处理子系统发送的数字信号，进行滤波和放大，发送到光调制单元中；
30.所述光调制单元将接收的信号叠加到激光led的驱动电流信号上，驱动led灯发光，从而将信号调制到光上进行传输；瞄准捕获跟踪模块包括摄像头模块、信号处理子系统，摄像头模块与信号处理子系统相连，用于将采集到的图像数据传输至信号处理子系统中；
31.信号处理子系统接收从数字信号线传来的信息，将信号调制并搬移到合适的频带上，传递到激光发射模块；同时接收从摄像头的信号，从图像中提取信息，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至网关；控制模块用于执行瞄准捕获跟踪算法，调节机械云台子系统的角度。
32.激光通信接收模块包括光电探测模块和信号处理子系统，光电探测模块与信号处理子系统相连，信号处理子系统与控制模块相连；
33.光电探测模块包含光探测器、接收电路和数字信号发送单元，光探测器接收固定单元发出的激光信号，将其转换成电信号，传递给接收电路进行滤波和放大处理，并通过数字信号发送单元传输给信号处理子系统；激光通信移动单元的信号处理子系统通过数字信号线接收从控制模块传来的信息，将信号转换为对应的图像，传递到显示屏；同时也接收从激光通信接收模块传来的信号，解调并搬移到基带，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至演示网络；控制模块用于协调显示模块与演示网络之间、激光通信接收模块与
演示网络之间的信息传递。
34.还包括可移动的旁路端，所述旁路端包括旁路通信接收模块和显示模块，所述旁路通信接收模块包括包括光电探测模块和信号处理子系统，光电探测模块与信号处理子系统相连，信号处理子系统与控制模块相连；
35.光电探测模块包含光探测器、接收电路和数字信号发送单元，光探测器接收固定单元发出的激光信号，将其转换成电信号，传递给接收电路进行滤波和放大处理，并通过数字信号发送单元传输给信号处理子系统；激光通信移动单元的信号处理子系统通过数字信号线接收从控制模块传来的信息，将信号转换为对应的图像，传递到显示屏；同时也接收从激光通信接收模块传来的信号，解调并搬移到基带，然后将信息通过数字信号线传递至控制模块乃至演示网络；控制模块用于协调显示模块与演示网络之间、激光通信接收模块与演示网络之间的信息传递。
36.所述激光通信固定单元还包括加密模块，所述加密模块使用量子密钥对所述源数据进行加密、或者使用经典密码对所述源数据进行加密，所述加密模块接收数字信号接收单元所传输的数据并加密，加密后的数据再输入至光光调制单元中。
37.所述信号处理子系统包括解密模块，所述解密模块使用与所述激光通信固定单元共享的经典密码对数字信号发送单元输入的信号进行解密，然后将解密完成的信号转换为对应的图像，传递到显示屏。
38.所述激光通信固定单元和激光通信移动单元分别配置有量子密钥分配终端alice和量子密钥分配终端bob，所述量子密钥分配终端alice和量子密钥分配终端bob基于bb84协议为收发两端分发相同的量子密钥；所述量子密钥分配终端alice与加密模块连接，产生的量子密钥供激光通信固定单元进行数据加密；所述量子密钥分配终端bob与解密模块连接，产生的量子密钥供激光通信移动单元进行数据解密。
39.本发明的系统中，激光通信固定单元固定与演示台上，而激光通信移动单元可随意移动，激光通信移动单元在移动过程中可实时接受激光通信固定单元所发出的信号并显示在显示屏上向学习者展示，可帮助学习者理解，同时在本发明中还设置有旁路端，在激光通信移动单元所发出信号并未加密时，旁路端同样可显示激光通信移动单元所发出的信号，但加密后却无法显示，从而向学习者展示在实际应用中加密的重要性，提升学习者的学习兴趣。
40.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。