本发明属于空间激光通信领域，特别涉及一种通信测距共用光学系统的海浪高度自适应水下通信系统。
背景技术
潜艇是现代军事力量的重要组成部分，隐蔽性和安全性是航空航天领域对潜通信的主要目标，激光致声水下通信技术结合了红外激光在大气中传输损耗较小和声波在海水中衰减较小的优点，在水下通信领域有着广泛的应用前景。
激光致声通信利用航空航天平台搭载大功率红外激光器，空中平台发射的调制激光信号聚焦于海面下并激发声波信号，水下目标接收声波信号并恢复所带编码信息，实现海气信道中的激光致声通信。激光致声水下通信为保证光声能量转换效率最高，要求光斑聚焦于水下一定位置。由于受海浪浪涌以及载荷平台颠簸等影响，导致激光致声系统的光斑聚焦位置不能保证在理想深度上，其通信性能会受到影响，严重的情况会导致无法工作，因此需要根据载荷平台高度及海浪高度对击穿位置进行调节。
中国专利授权公告号为“cn204559587u”,专利名称为“激光跳频水下致声数字通信系统”，将大气光通信与水下声通信相结合，利用激光跳频技术，通过信息加载于不同重频帧组成的编码来控制激光器进行激光发射，经大气传输使激光能量达到水面后以气化或击穿方式与水介质发生互作用，，从而把光波能量转化为声波能量在水下各异方向传播。由于其未将海浪高度的变化考虑其中，无法实现对海浪高度的自适应调节。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术激光致声水下通信过程中，通信系统无法实现对海浪的自适应调节，激光测距和通信模块独立，体积重量大，结构复杂的问题，提出了一种通信测距共用光学系统的海浪高度自适应激光致声水下通信系统，具有体积小，重量轻的特点。
本发明解决技术问题的技术方案是：
通信测距共用光学系统的海浪高度自适应水下通信系统，其特征是，该系统包括激光测距发射器、激光通信发射器、共用变焦系统、激光测距接收器、控制器、数据处理系统、电机和二合一复用光纤；激光测距发射器发出的测距光与激光通信发射器发出的通信光分别光耦合到二合一复用光纤一端的两个支路中，并通过二合一复用光纤复合成一路作为光源输出，再共同经过共用变焦系统出射，最终聚焦于远场海平面或海平面以下特定激光击穿深度位置；激光通信发射功率较高能够对海水进行击穿，进而激发声波信号进行通信；测距光束经由海面反射后沿光路返回，再由激光测距接收器接收光信号并将其转换为电信号，电信号传递给数据处理系统实时计算出海平面高度，再将此信息反馈进入控制器，控制器控制电机驱动改变共用变焦系统的焦距，进而调整激光测距光束和激光激发水下通信光束聚焦的位置，构成闭环控制，保证激光测距光束和激光激发水下通信光束的汇聚点始终稳定在海水击穿位置。
通信测距共用光学系统的海浪高度自适应水下通信系统，该系统包括激光测距发射器、激光通信发射器、共用变焦系统、激光测距接收器、控制器、数据处理系统、电机和二合一复用光纤；激光测距发射器发出的测距光与激光通信发射器发出的通信分别光耦合到二合一复合光纤一端的两个支路中，并通过二合一复用光纤复合成一路作为光源输出，再共同经过共用变焦系统出射，经过反射镜反射，最终聚焦于远场海平面或海平面以下特定激光击穿深度位置；激光通信发射功率较高能够对海水进行击穿，进而激发声波信号进行通信；测距光束经由海面反射后沿光路返回，经过反射镜反射，再由激光测距接收器接收光信号并将其转换为电信号，电信号传递给数据处理系统实时计算出海平面高度，再将此信息反馈进入控制器，控制器控制电机驱动改变共用变焦系统的焦距，进而调整激光测距光束和激光激发水下通信光束聚焦的位置，构成闭环控制，保证激光测距光束和激光激发水下通信光束的汇聚点始终稳定在海水击穿位置。
本发明的有益效果：
本发明提出采用激光测距实时测量载荷平台和海平面高度，与变焦系统构成闭环，保证了激光海水击穿位置的稳定，实现对海浪高度的自适应调节。
采用二合一复用光纤和共用变焦系统，将激光测距发射与激光通信发射共用同一光学系统，大大降低了系统整体的体积与重量。
采用共用变焦光学系统，激光测距发射光束始终聚焦于海面附近，而不是像普通激光测距发射光束在待测物体表面为发散大光斑，这样海面反射能量较为集中，降低了对测距发射功率的需求，进一步使得系统低功耗、轻小型化。
特别针对1064nm,1550nm等常见激光通信和激光测距工作波段设计了消色差系统，拓宽了系统适用工作波长。
附图说明
图1是本发明一种激光致声水下通信与激光测距系统相复合的自适应调节光学系统的结构示意图。
图2是本发明一种激光致声水下通信与激光测距系统相复合的自适应调节光学系统的另一结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种激光致声水下通信与激光测距复合的光学系统，该系统包括，激光测距发射器1、激光通信发射器2、共用变焦系统3、激光测距接收器5、控制器6、数据处理系统7、电机8和二合一复用光纤9。
激光测距发射器1发出的测距光与激光通信发射器2发出的通信光分别光耦合到二合一复用光纤9一端的两个支路中，并通过二合一复用光纤9复合成一路作为光源输出，再共同经过共用变焦系统3出射，最终聚焦于远场海平面或海平面以下特定激光击穿深度位置；激光通信发射功率较高能够对海水进行击穿，进而激发声波信号进行通信。
测距光束经由海面反射后沿光路返回，再由激光测距接收器5接收光信号并将其转换为电信号，电信号传递给数据处理系统7实时计算出海平面高度，再将此信息反馈进入控制器6，控制器6控制电机8驱动改变共用变焦系统3的焦距，进而调整激光测距光束和激光激发水下通信光束聚焦的位置，构成闭环控制，保证激光测距光束和激光激发水下通信光束的汇聚点始终稳定在海水击穿位置。
如图2所示，一种激光致声水下通信与激光测距复合的光学系统，该系统包括，激光测距发射器1、激光通信发射器2、共用变焦系统3、反射镜4、激光测距接收器5、控制器6、数据处理系统7、电机8和二合一复用光纤9。
激光测距发射器1发出的测距光与激光通信发射器2发出的通信光分别光耦合到二合一复用光纤9一端的两个支路中，并通过二合一复用光纤9复合成一路作为光源输出，再共同经过共用变焦系统3出射，经过反射镜4反射，最终聚焦于远场海平面或海平面以下特定激光击穿深度位置；激光通信发射功率较高能够对海水进行击穿，进而激发声波信号进行通信。
测距光束经由海面反射后沿光路返回，经过反射镜4反射，再由激光测距接收器5接收光信号并将其转换为电信号，电信号传递给数据处理系统7实时计算出海平面高度，再将此信息反馈进入控制器6，控制器6控制电机8驱动改变共用变焦系统3的焦距，进而调整激光测距光束和激光激发水下通信光束聚焦的位置，构成闭环控制，保证激光测距光束和激光激发水下通信光束的汇聚点始终稳定在海水击穿位置。
所述激光测距发射器1和激光通信发射器2分别选用1064nm和1550nm不同的工作波段。共用变焦系统3可以针对激光测距发射器1和激光通信发射器2复合产生的色差进行消色差处理，保证不同波段调焦性能致性。
所述共用变焦系统3激光接收光轴和激光测距接收器5激光发射光轴彼此平行，并均经过反射镜4。
所述反射镜4设置在调整座上，其方向可调，用于调整激光测距和激光致声水下通信的方向。
所述共用变焦系统3将二合一复用光纤9发出的光聚焦于远场的海平面处。通过电机8驱动改变共用变焦系统3的焦距，进而调整激光汇聚击穿点的位置。