本發(fā)明涉及光通信，具體涉及一種雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置及其通信方法。

背景技術(shù)：

1、在傳感測(cè)量領(lǐng)域，多存在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或以此結(jié)構(gòu)承載傳感測(cè)量模塊，或?qū)⒋私Y(jié)構(gòu)集成在傳感測(cè)量模塊內(nèi)部，作為其系統(tǒng)的一部分實(shí)現(xiàn)傳感掃描的功能。以掃描激光雷達(dá)為例，電機(jī)帶動(dòng)激光雷達(dá)內(nèi)部轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)，特定的雷達(dá)結(jié)構(gòu)(雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)件上裝有雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng))因收發(fā)系統(tǒng)與固定件上的主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互的需要，需解決雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)件(轉(zhuǎn)子)和固定件(定子)之間的通信問題，此通信同時(shí)有近距離、雙向、高速率和高穩(wěn)定性要求。

2、對(duì)于相對(duì)旋轉(zhuǎn)部件間的近距離、雙向數(shù)據(jù)通信問題，常見的解決方案是：1)利用電滑環(huán)來實(shí)現(xiàn)同軸數(shù)據(jù)傳輸；2)利用電磁感應(yīng)線圈來實(shí)現(xiàn)同軸數(shù)據(jù)傳輸；3)利用同軸空間光的收發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；4)利用光纖旋轉(zhuǎn)連接器實(shí)現(xiàn)同軸光通信。以上多種方式實(shí)現(xiàn)通信的機(jī)理各不相同，如電滑環(huán)通過銅環(huán)與電刷的搭接完成旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)子與定子之間的電導(dǎo)通；感應(yīng)線圈通過交變電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)線圈之間信號(hào)及能量的傳輸；同軸空間光通信利用超熒光輻射(led)或激光(ld)為載體，基于分處于定子與轉(zhuǎn)子上的收發(fā)器件實(shí)現(xiàn)同軸光通信、光纖旋轉(zhuǎn)連接器是在光通信基礎(chǔ)上引入光纖器件，將空間傳輸?shù)墓庖牍饫w中，進(jìn)一步固化光路，提高光通信的穩(wěn)定性。

3、對(duì)于機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描激光雷達(dá)，基于結(jié)構(gòu)、電磁兼容、工作壽命等多方面綜合考量，同軸空間光通信方案最貼近需求。但同軸雙向光通信方案中兩組光學(xué)收發(fā)器件無法同時(shí)確保同軸，由此導(dǎo)致接收器件的功率起伏較大，通信誤碼率提升。同時(shí)由于雷達(dá)測(cè)量實(shí)時(shí)性高，數(shù)據(jù)量大，對(duì)通信速率的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性也提出了較高要求。

4、有鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種貼合激光雷達(dá)需求的近距離、雙向、高數(shù)據(jù)速率和高穩(wěn)定性的通信方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置及其通信方法，以實(shí)現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)部件之間近距離的穩(wěn)定雙向數(shù)據(jù)通信。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種技術(shù)方案：雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法，所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的一對(duì)旋轉(zhuǎn)部件、上位傳輸端、下位傳輸端；上位傳輸端包括設(shè)置于其中一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于另一旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間光通信形成上行通信鏈路；

3、該方法為，當(dāng)上位光發(fā)射器向下位光接收器發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，僅當(dāng)上位光接收器接收到下位光發(fā)射器發(fā)送的確認(rèn)信息后再發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，并且當(dāng)上位光接收器接收到下位光發(fā)射器發(fā)送的數(shù)據(jù)包并通過校驗(yàn)時(shí)，上位光發(fā)射器向下位光接收器發(fā)送確認(rèn)信息；所述數(shù)據(jù)包為下行通信鏈路或上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)一定規(guī)則分割得到。

4、按上述方案，下行通信鏈路和上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用曼徹斯特碼進(jìn)行編碼。

5、按上述方案，在上位傳輸端與下位傳輸端之間開始通信的一段時(shí)間內(nèi)，上位傳輸端以頻率異于正常通信工作頻率的超頻或降頻通信工作頻率向下位傳輸端發(fā)送數(shù)據(jù)。

6、雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法，所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的一對(duì)旋轉(zhuǎn)部件、上位傳輸端、下位傳輸端；上位傳輸端包括設(shè)置于其中一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于另一旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間光通信形成上行通信鏈路；

7、該方法為，當(dāng)下位光發(fā)射器向上位光接收器發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，僅當(dāng)下位光接收器接收到上位光發(fā)射器發(fā)送的確認(rèn)信息后在發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，并且當(dāng)下位光接收器接收到上位光發(fā)射器發(fā)送的數(shù)據(jù)包并通過校驗(yàn)時(shí)，下位光發(fā)射器向上位光接收器發(fā)送確認(rèn)信息；所述數(shù)據(jù)包為下行通信鏈路或上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)一定規(guī)則分割得到。

8、按上述方案，下行通信鏈路和上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用曼徹斯特碼進(jìn)行編碼。

9、按上述方案，在上位傳輸端與下位傳輸端之間開始通信的一段時(shí)間內(nèi)，下位傳輸端以頻率高于正常通信工作頻率的超頻通信工作頻率向上位傳輸端發(fā)送數(shù)據(jù)。

10、一種用于實(shí)現(xiàn)上文所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法或用于實(shí)現(xiàn)上文所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置，包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)部件和第二旋轉(zhuǎn)部件，還包括上位傳輸端、下位傳輸端，上位傳輸端包括設(shè)置于第一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于第二旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間以第一波長的光進(jìn)行光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間以第二波長的光進(jìn)行光通信形成上行通信鏈路。

11、按上述方案，第一旋轉(zhuǎn)部件與第二旋轉(zhuǎn)部件之間設(shè)置有用于調(diào)制上位光發(fā)射器和下位光發(fā)射器的出射光能量空間分布的中間波導(dǎo)件，中間波導(dǎo)件的中心設(shè)置有與第一旋轉(zhuǎn)部件或第二旋轉(zhuǎn)部件共軸的中心孔。

12、按上述方案，上位光發(fā)射器與下位光接收器與旋轉(zhuǎn)軸共軸，上位光接收器與下位光發(fā)射器偏離旋轉(zhuǎn)軸；或者，上位光接收器與下位光發(fā)射器與旋轉(zhuǎn)軸共軸，上位光發(fā)射器與下位光接收器偏離旋轉(zhuǎn)軸；或者，上位光發(fā)射器、上位光接收器、下位光發(fā)射器、下位光接收器均偏離旋轉(zhuǎn)軸。

13、一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描式激光雷達(dá)，設(shè)置有權(quán)利要求7所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置。

14、本發(fā)明的有益效果是：1、雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中，上位傳輸端與下位傳輸端之間采用“逐包確認(rèn)”的通信方式，即發(fā)送端發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，等待接收端反饋確認(rèn)信息，確認(rèn)接收端成功接收到該數(shù)據(jù)包后再發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，該方式避免了相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中雙向光通信數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)包丟失，提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

15、2、利用了曼徹斯特碼基于電平跳變來表示1或0，該編碼方式只對(duì)接收到信號(hào)的前后沿敏感，對(duì)探測(cè)器接收到信號(hào)幅值及寬度不敏感的特性，因此曼徹斯特碼適用于相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中光接收器接收到的光能量存在較大起伏的情形，相對(duì)于常規(guī)的4b5b碼能具備更低的誤碼率。

16、3、通信初期采用超頻或降頻通信工作頻率進(jìn)行通信，同時(shí)配合易發(fā)生通信誤碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠檢驗(yàn)通信鏈路的硬件工作狀態(tài)、軟件編解碼及數(shù)據(jù)處理能力，以此高效完成通信鏈路的初始化標(biāo)驗(yàn)。

技術(shù)特征：

1.雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法，其特征在于：所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的一對(duì)旋轉(zhuǎn)部件、上位傳輸端、下位傳輸端；上位傳輸端包括設(shè)置于其中一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于另一旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間光通信形成上行通信鏈路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法，其特征在于：下行通信鏈路和上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用曼徹斯特碼進(jìn)行編碼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法，其特征在于：在上位傳輸端與下位傳輸端之間開始通信的一段時(shí)間內(nèi)，上位傳輸端以頻率高于正常通信工作頻率的超頻通信工作頻率向下位傳輸端發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法，其特征在于：所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的一對(duì)旋轉(zhuǎn)部件、上位傳輸端、下位傳輸端；上位傳輸端包括設(shè)置于其中一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于另一旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間光通信形成上行通信鏈路；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法，其特征在于：下行通信鏈路和上行通信鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用曼徹斯特碼進(jìn)行編碼。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法，其特征在于：在上位傳輸端與下位傳輸端之間開始通信的一段時(shí)間內(nèi)，下位傳輸端以頻率異于正常通信工作頻率的超頻或降頻通信工作頻率向上位傳輸端發(fā)送數(shù)據(jù)。

7.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中上位傳輸端的通信方法或用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置中下位傳輸端的通信方法的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：包括平行相對(duì)設(shè)置且共旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)部件和第二旋轉(zhuǎn)部件，還包括上位傳輸端、下位傳輸端，上位傳輸端包括設(shè)置于第一旋轉(zhuǎn)部件上的上位光發(fā)射器與上位光接收器，下位傳輸端包括設(shè)置于第二旋轉(zhuǎn)部件上的下位光發(fā)射器與下位光接收器；上位光發(fā)射器與下位光接收器之間以第一波長的光進(jìn)行光通信形成下行通信鏈路，下位光發(fā)射器與上位光接收器之間以第二波長的光進(jìn)行光通信形成上行通信鏈路。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：第一旋轉(zhuǎn)部件與第二旋轉(zhuǎn)部件之間設(shè)置有用于調(diào)制上位光發(fā)射器和下位光發(fā)射器的出射光能量空間分布的中間波導(dǎo)件，中間波導(dǎo)件的中心設(shè)置有與第一旋轉(zhuǎn)部件或第二旋轉(zhuǎn)部件共軸的中心孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：上位光發(fā)射器與下位光接收器與旋轉(zhuǎn)軸共軸，上位光接收器與下位光發(fā)射器偏離旋轉(zhuǎn)軸；或者，上位光接收器與下位光發(fā)射器與旋轉(zhuǎn)軸共軸，上位光發(fā)射器與下位光接收器偏離旋轉(zhuǎn)軸；或者，上位光發(fā)射器、上位光接收器、下位光發(fā)射器、下位光接收器均偏離旋轉(zhuǎn)軸。

10.一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描式激光雷達(dá)，其特征在于：設(shè)置有權(quán)利要求7所述的雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙向光通信相對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置及其通信方法，該通信方法中，相對(duì)旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)傳輸端互為發(fā)送方和接收方，發(fā)送方在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，等待接收方的確認(rèn)信息，并在收到接收方反饋的確認(rèn)信息后在發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。該方法能夠有效提高旋轉(zhuǎn)部件間通信的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：宋東升,張強(qiáng),張小富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東富銳光學(xué)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9