本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，尤其涉及一種基于光通信的艦船通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代的船艦中，尤其是大型的船艦中，艦船電磁環(huán)境十分復(fù)雜。由于船艦上通常裝備有成千上萬的電子或電器儀表設(shè)備，配置有幾十部以上的短波、超短波、微波發(fā)射機(jī)；平均發(fā)射功率可達(dá)幾千瓦或幾十千瓦，峰值發(fā)射功率達(dá)兆瓦，空間電場密度達(dá)100W/cm2以上。大功率發(fā)射機(jī)除發(fā)射基波外，還發(fā)射大量諧波及非諧波寄生信號，寬帶噪聲、阻擋物的回響應(yīng)及開關(guān)效應(yīng)等也都產(chǎn)生大量的干擾頻率。而艦船上的電磁環(huán)境要求十分苛刻，艦船上可裝備多達(dá)幾十部以上的長波、中波、短波、超短波、微波(雷達(dá)、通信、導(dǎo)航)接收機(jī)，其靈敏度極高，一般為幾微伏或幾十微瓦，這些接收機(jī)不僅可接收其同頻帶內(nèi)的干擾信號，而且可以對鏡像頻率、中頻、眾多的交調(diào)、互調(diào)頻率及其它強(qiáng)信號頻率等有所響應(yīng)。在艦船這樣有限的物理空間內(nèi)配備如此之多的通信電子設(shè)備，勢必會使有限域內(nèi)的電磁頻率異常擁擠，艦船與艦船之間、設(shè)備與設(shè)備之間的潛在干擾將非常嚴(yán)重。若不慎重統(tǒng)一規(guī)劃指配頻率，輕則影響通信系統(tǒng)的整體效能，重則可使整個通信系統(tǒng)癱瘓。因此，如何提高艦船通信系統(tǒng)的可靠性已成為當(dāng)今亟待解決的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種無需申請頻譜資源、無電磁干擾、信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性高的基于光通信的艦船通信系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提出一種基于光通信的艦船通信系統(tǒng)，其包括光信號發(fā)射裝置及光信號接收裝置，所述光信號發(fā)射裝置用于將輸入信號以光信號的形式向其它艦船發(fā)射出去；所述光信號接收裝置用于接收其它艦船的光信號，并將所述光信號轉(zhuǎn)換成人可識別的信號。進(jìn)一步地，所述光信號是可見光或不可見光。進(jìn)一步地，所述人可識別的信號是聲音、文字或圖像信號。進(jìn)一步地，所述光信號發(fā)射裝置包括信息輸入模塊、微處理器模塊、調(diào)制模塊、驅(qū)動模塊和發(fā)光二極管陣列，所述微處理器模塊用于接收信息輸入模塊傳送過來的信息，并根據(jù)所述信息發(fā)送編碼數(shù)據(jù)給所述調(diào)制模塊；所述調(diào)制模塊接收所述編碼數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為電平調(diào)制信號；所述驅(qū)動模塊在電平調(diào)制信號的控制下驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)射含有信息的光信號。進(jìn)一步地，所述光信號接收裝置包括光電探測器、信號放大模塊、解調(diào)模塊及音頻信號輸出模塊，所述光電探測器用于接收所述光信號，并將所述光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述信號放大模塊用于將所述光電探測器的輸出信號進(jìn)行放大；所述解調(diào)模塊將所述信號放大模塊輸出的電信號還原成原始信號；所述音頻信號出模塊用于將所述原始信號以聲音的形式播放出來。進(jìn)一步地，所述光信號接收裝置還包括用于匯聚光信號發(fā)射裝置發(fā)出的光線至所述光電探測器的超材料面板，所述超材料面板包括多個核心層以及對稱分布在所述核心層兩側(cè)的多個漸變層，每一核心層和每一漸變層均包括片狀的基板和設(shè)置在所述基板上的多個人造金屬微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，每一核心層的折射率分布均相同，每一核心層包括一個圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個環(huán)形區(qū)域，所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)折射率隨著半徑的增大從np連續(xù)減小到n0且相同半徑處的折射率相同。進(jìn)一步地，分布在所述核心層同一側(cè)的每一漸變層均包括一個圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個環(huán)形區(qū)域，每一漸變層對應(yīng)的所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)的折射率變化范圍相同且隨著半徑的增大從其最大折射率連續(xù)減小到n0，相同半徑處的折射率相同，兩個相鄰的漸變層的最大折射率表示為ni和ni+1，其中n0＜ni＜ni+1＜np，i為正整數(shù)，ni對應(yīng)于距離所述核心層較遠(yuǎn)的漸變層。進(jìn)一步地，每一核心層的所述多個人造金屬微結(jié)構(gòu)具有相同的幾何形狀，每一區(qū)域內(nèi)人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸隨著半徑的增大連續(xù)減小且相同半徑處的人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸相同。進(jìn)一步地，每一漸變層的所述多個人造金屬微結(jié)構(gòu)具有相同的幾何形狀，每一區(qū)域內(nèi)人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸隨著半徑的增大連續(xù)減小且相同半徑處的人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸相同，且兩個相鄰的漸變層中距離所述核心層較遠(yuǎn)的漸變層對應(yīng)的同一區(qū)域內(nèi)相同半徑處的人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸較小。綜上所述，本發(fā)明基于光通信的艦船通信系統(tǒng)通過將所述光信號發(fā)射裝置和光信號接收裝置的通信方式以光通信的方式進(jìn)行，光通信無需申請頻譜資源、無電磁干擾、信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性高。附圖說明圖1是本發(fā)明基于光通信的艦船通信系統(tǒng)一種實(shí)施例的原理框圖。圖2是本發(fā)明超材料面板匯聚光線時的示意圖。圖3是圖2所示的超材料面板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是核心層的折射率隨半徑變化的示意圖。圖5是漸變層的折射率隨半徑變化的示意圖。圖6是超材料面板的核心層在yz平面上的折射率分布圖。圖7是超材料面板的第i層漸變層在yz平面上的折射率分布圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：請參閱圖1，本發(fā)明基于光通信的艦船通信系統(tǒng)包括光信號發(fā)射裝置及光信號接收裝置，所述光信號發(fā)射裝置用于將輸入信號以光信號的形式向其它艦船發(fā)射出去。所述光信號接收裝置用于接收其它艦船的光信號，并將所述光信號轉(zhuǎn)換成人可識別的信號。所述光信號是可見光或不可見光，所述不可見光可以是紅外線或紫外線等。所述人可識別的信號可以是聲音、文字或圖像信號的一種或多種。在本實(shí)施例中，所述光信號發(fā)射裝置包括信息輸入模塊11、微處理器模塊12、調(diào)制模塊13、驅(qū)動模塊14、發(fā)光二極管陣列15及聚光器件16。所述微處理器模塊12用于接收信息輸入模塊11傳送過來的信息，并根據(jù)所述信息進(jìn)行編碼，然后發(fā)送編碼數(shù)據(jù)給所述調(diào)制模塊13。所述調(diào)制模塊13接收所述編碼數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為電平調(diào)制信號。所述驅(qū)動模塊14在電平調(diào)制信號的控制下驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)射含有信息的光信號，即所述發(fā)光二極管不斷閃滅，形成代表0和1的高頻信號。所述聚光器件16用于收斂所述發(fā)光二極管陣列15發(fā)射的光束。所述信息輸入模塊11可為麥克風(fēng)或觸摸屏等，在本實(shí)施例中，其為麥克風(fēng)，因而可用于傳送音頻信號。由于本發(fā)明可利用所述發(fā)光二極管陣列15在進(jìn)行通信的同時，可用來提供照明，因而可提高資源利用效率。所述光信號接收裝置包括聚光器件21、光電探測器22、信號放大模塊23、解調(diào)模塊24及音頻信號輸出模塊25，所述聚光器件21用于收斂其它船艦船過來的光線至所述光電探測器22上。所述光電探測器22用于接收所述光信號，并將所述光信號轉(zhuǎn)換成電信號。所述信號放大模塊23用于將所述光電探測器22的輸出信號進(jìn)行放大。所述解調(diào)模塊24將所述信號放大模塊23輸出的電信號還原成原始信號。所述音頻信號輸出模塊25用于將所述原始信號以聲音的形式播放出來，從而可實(shí)現(xiàn)船艦之間的通信。由于使用光進(jìn)行通信，因此在電磁環(huán)境復(fù)雜的地方也不會對本發(fā)明產(chǎn)生影響。所述聚光器件(16，21)可為凸透鏡或超材料面板，在本實(shí)施例中，其為超材料面板。超材料是一種以人造金屬微結(jié)構(gòu)302為基本單元并以特定方式進(jìn)行空間排布、具有特殊電磁響應(yīng)的新型材料，包括人造金屬微結(jié)構(gòu)302和供人造金屬微結(jié)構(gòu)302附著的基板301。人造金屬微結(jié)構(gòu)302為由至少一根金屬絲組成的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)，多個人造金屬微結(jié)構(gòu)302在基板301上陣列排布，每個人造金屬微結(jié)構(gòu)302以及其所附著的基板301所占部分即為一個超材料單元?；?01可為任何與人造金屬微結(jié)構(gòu)302不同的材料，這兩種材料的疊加使每個超材料單元產(chǎn)生一個等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，這兩個物理參數(shù)分別對應(yīng)了超材料單元的電場響應(yīng)與磁場響應(yīng)。超材料對電磁響應(yīng)的特征是由人造金屬微結(jié)構(gòu)302的特征所決定，而人造金屬微結(jié)構(gòu)302的電磁響應(yīng)很大程度上取決于其金屬絲的圖案所具有的拓?fù)涮卣骱推鋷缀纬叽纭８鶕?jù)上述原理設(shè)計超材料空間中排列的每個人造金屬微結(jié)構(gòu)302的拓?fù)鋱D形和幾何尺寸，就可對超材料中每一點(diǎn)的電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。圖2示出了用作聚光器件16的超材料面板匯聚光線時的示意圖，由于發(fā)光二極管發(fā)出的可見光信號為電磁波信號，所述超材料面板可用于將輻射源(發(fā)光二極管)發(fā)射發(fā)散的電磁波轉(zhuǎn)換為平面波，即實(shí)現(xiàn)將發(fā)光二極管射出的發(fā)散的光信號進(jìn)行收斂。作為公知常識我們可知，電磁波的折射率與成正比關(guān)系，當(dāng)一束電磁波由一種介質(zhì)傳播到另外一種介質(zhì)時，電磁波會發(fā)生折射，當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部的折射率分布非均勻時，電磁波就會向折射率比較大的位置偏折，通過設(shè)計超材料中每一點(diǎn)的電磁參數(shù)，就可對超材料的折射率分布進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到改變電磁波的傳播路徑的目的。根據(jù)上述原理可以通過設(shè)計超材料面板的折射率分布使從輻射源發(fā)出的球面波形式發(fā)散的電磁波轉(zhuǎn)變成適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)钠矫娌ㄐ问降碾姶挪?。圖3是圖2所示的超材料面板的結(jié)構(gòu)示意圖，超材料面板包括多個核心層以及對稱分布在核心層兩側(cè)的多個漸變層，每一核心層和每一漸變層均包括片狀的基板301和設(shè)置在基板301上的多個人造金屬微結(jié)構(gòu)302。每個人造金屬微結(jié)構(gòu)302以及其所附著的基板301所占部分即為一個超材料單元。超材料面板由多個超材料片層堆疊形成，這各個超材料片層之間等間距排列地組裝，或兩兩片層之間直接前、后表面相粘合地連接成一體。具體實(shí)施時，超材料片層的數(shù)目可依據(jù)需求來進(jìn)行設(shè)計。每個超材料片...