用于建立自由空間光鏈路的方法和系統與流程

本文所描述的實施例涉及在沒有萬向光學裝置的情況下建立自由空間光鏈路的系統和方法。

背景技術：

移動交通工具(諸如飛機)之間的通信鏈路可能難以以安全的方式來建立。如果飛機是軍用飛機，則鏈路的安全性會變得很重要。可建立射頻(RF)鏈路，但如果第三方偶爾掃描到針對該鏈路使用的頻率，則這種鏈路可能易被截取。

兩個移動交通工具(諸如飛機)之間的光鏈路可能是更安全的選擇。然而，由于飛機的移動，建立自由空間光鏈路會呈現一些挑戰。光束比RF鏈路的波束小得多，從而使得更難以將光束指向飛機的外部的適當位置。萬向光學裝置已在過去用于將光束(諸如激光束)指向平臺。然而，為了在兩個交通工具之間適當通信，兩個平臺需要使用萬向光學裝置。萬向光學裝置的移動部件可能會導致萬向光學裝置不可靠以及很昂貴。此外，可能需要顯著長的持續時間來通過萬向光學裝置的移動進行檢測、獲取和跟蹤交通工具。使用萬向光學裝置的其它缺點可能存在。

技術實現要素：

本公開涉及克服上面討論的一些問題和缺點的方法和系統。

一個實施例是一種建立自由空間光鏈路的方法，包括：在第一交通工具和第二交通工具之間建立第一鏈路并將激光從第一交通工具指向第二交通工具。所述方法包括以一種模式操縱激光器并在第一交通工具上記錄所述模式的激光的每個增量位置的時間。模式可以是螺旋模式。所述方法包括檢測第二交通工具上的激光、記錄第二交通工具上的檢測時間，和將激光操縱與第二交通工具的檢測時間重合的位置以在第一交通工具和第二交通工具之間建立光鏈路。第一鏈路可以是RF鏈路。

所述方法可包括：在以螺旋模式操縱激光之前通過RF鏈路指示第一交通工具和第二交通工具中的每個的時間和位置。通過RF鏈路指示第一交通工具和第二交通工具中的每個的位置還可包括第一交通工具基于虛擬3D模型確定其位置且第二交通工具基于虛擬3D模型確定其位置。所述方法可包括在將激光操縱到與第二交通工具的檢測時間重合的位置之前，通過RF鏈路將激光的檢測時間從第二交通工具傳輸到第一交通工具。

所述方法可包括在建立光鏈路之前，通過RF鏈路確認由第二交通工具在與檢測時間重合的位置處檢測到激光。當第二交通工具不能通過RF鏈路確認激光的檢測時，所述方法可包括重復以下步驟：以螺旋模式操縱激光、記錄激光沿著螺旋模式的每個增量位置的時間、檢測第二交通工具處的激光并記錄檢測時間、通過RF鏈路將激光的檢測時間從第二交通工具傳輸到第一交通工具，和將激光操縱到與從第二交通工具傳輸的檢測時間重合的位置，直到第一交通工具通過RF鏈路接收到由第二交通工具對激光的檢測的確認。所述方法可包括斷開第一交通工具和第二交通工具之間的RF鏈路。所述方法可包括通過光鏈路在第一交通工具和第二交通工具之間傳送數據。第一交通工具和第二交通工具可以是飛機。

一個實施例是一種用以建立自由空間光鏈路的系統，其包括：第一交通工具，其在第一交通工具的外部具有至少一個共形面板，至少一個共形面板包括至少一個RF陣列、至少一個光檢測孔，和至少一個光束引導孔。系統包括第二交通工具，其在第二交通工具的外部具有至少一個共形面板，至少一個共形面板包括至少一個RF陣列、至少一個光檢測孔，和至少一個光束引導孔；其中RF鏈路可建立在第一交通工具的至少一個共形面板和第二交通工具的至少一個共形面板之間；而且其中光鏈路可建立在第一交通工具的至少一個共形面板和第二交通工具的至少一個共形面板之間。

系統可包括第一交通工具上的第一處理器，第一處理器與虛擬3D模型通信并與第一交通工具的外部的至少一個共形面板的至少一個RF陣列、至少一個光檢測孔和至少一個光束引導孔通信。系統可包括第二交通工具上的第二處理器，第二處理器與虛擬3D模型通信并與第二交通工具的外部的至少一個共形面板的至少一個RF陣列、至少一個光檢測孔和至少一個光束引導孔通信。可經由光鏈路和RF鏈路在第一交通工具和第二交通工具之間傳輸數據。第一和第二交通工具可包括飛機。光檢測孔可包括激光檢測器且光束導引孔可包括可由液晶電子操縱的敏捷光束激光器。至少一個共形面板可包括第一交通工具的外部的第一多個共形面板且其中至少一個共形面板包括第二交通工具的外部的第二多個共形面板。

一個實施例是一種光鏈路裝置，其包括：共形面板和共形面板上的至少一個射頻(RF)陣列，其中RF陣列被配置為與第二RF陣列建立RF鏈路。光鏈路裝置包括共形面板上的至少一個光檢測孔和共形面板上的至少一個光束引導孔。光檢測孔被配置為檢測激光；且光束引導孔被配置為引導激光。

光束引導孔可包括可由液晶電子操縱的敏捷光束激光器。光引導孔可以是圍繞共形面板定位的多個激光檢測器。RF陣列、光檢測孔和光束引導孔可與處理器通信。

附圖說明

圖1是用于在兩個交通工具之間建立自由空間光鏈路的系統的一個實施例的示意圖。

圖2示出可用于在兩個交通工具之間建立自由空間光鏈路的共形面板的一個實施例。

圖3是建立自由空間光鏈路的方法的一個實施例的流程圖。

雖然已在圖中通過實例的方式示出且將在這里詳細地描述具體實施例，但是本公開容許各種修改和替代形式。然而，應理解，本公開并非旨在限于所公開的具體形式。相反，其意圖是覆蓋落入由所附權利要求所限定的本公開的范圍內的所有的修改、等同物和替代物。

具體實施方式

圖1示出兩個交通工具，飛機200A和飛機200B，已經在飛機200A和飛機200B之間建立了自由空間光鏈路120。如本文所討論，射頻(RF)鏈路110已首先在飛機200A和飛機200B之間建立。在建立RF鏈路110之前，交通工具200A和200B在兩個交通工具200A和200B之間同步了時鐘。時鐘的同步可以是非常精確的。例如，兩個交通工具200A和200B上的時鐘可被一起同步，從而具有精確到秒的十億分之一的精度。與兩個移動的交通工具之間的光鏈路120相比，RF鏈路110可更容易建立在兩個移動的交通工具(諸如飛機200A和飛機200B)之間，如受到本公開的益處的本領域的普通技術人員所理解。一旦RF鏈路110已經建立，信息即可沿RF鏈路110被傳輸，以幫助在移動的飛機200A和200B之間建立光鏈路120，如本文所討論。

每個交通工具200A和200B的外部都可包括多個共形面板(conformal panel)100。RF鏈路110可建立在兩個交通工具200A和200B上的面板100之間。激光120然后可從一個交通工具指向另一交通工具，如圖1所示，作為從第一飛機200A延伸到第二飛機200B的光鏈路120。第一飛機200A然后可開始以一種模式移動激光120并跟蹤激光120的不同位置以及記錄激光120沿該模式移動到不同位置的時間。該模式可以是螺旋模式。第二飛機200B的外部上的面板100可在激光通過螺旋模式旋轉時而在各種位置處檢測激光120。

第二飛機200B然后可通過RF鏈路110將面板100檢測到激光120的各個時間傳輸到第一飛機200A。在從第二飛機200B接收到同步檢測時間后，第一飛機200A可將激光120僅重新定位到由第二飛機200B上的面板100檢測的這些位置。第二飛機200B可由飛機200B外部的面板100確認激光120的再檢測，并通過RF鏈路110將確認傳送到第一飛機200A。此時，在兩個交通工具200A和200B之間建立光鏈路120且信息可根據需要沿光鏈路120傳送。一旦確認了已經建立了光鏈路120，則交通工具200A或200B即可終止RF鏈路110，而使用光鏈路120作為在兩個交通工具200A和200B之間傳輸信息的唯一裝置，直到光鏈路120斷開。在光鏈路120斷開之后，如果需要兩個交通工具200A和200B之間的新光鏈路120，則可重新建立RF鏈路110。關于圖1示出在RF鏈路110和光鏈路120之間建立的方向，僅用于說明目的。例如，激光120可起始于第二交通工具200B并指向第一交通工具200A，如受到本公開的益處的領域的普通技術人員所理解的。飛機200A和200B外部的面板100的數量和位置僅用于說明的目的且可根據應用而改變，如受到本公開的益處的本領域的普通技術人員所理解。

圖2示出可在交通工具(諸如飛機200)的外部使用以如本文所討論建立自由空間光鏈路的共形面板100的一個實施例。面板100包括主動電子掃描器RF陣列10，其允許兩個面板在兩個交通工具之間建立RF鏈路110(圖1所示)。RF陣列10可支撐點對點雷達測量和其它RF交互，諸如受到本公開的益處的領域的普通技術人員所理解的通信。

面板可包括多個光束引導孔20。光束引導孔20可以是敏捷光束激光器且光學引導孔20的數量和位置被示出僅用于說明目的，且可如具有本公開的益處的領域的普通技術人員所理解的進行變化。光束引導孔20可包括共形電子掃描激光束引導器，該引導器將遠程安裝的機載激光器提供的光子束指向面板100。光束引導孔20可包括可經由液晶電子操縱的敏捷光束激光器。面板100可包括可用于操縱光束(如具有本公開的益處的領域的普通技術人員所理解)的其它機構。光束引導孔20被配置為以螺旋模式移動激光束通過多個離散位置。如本文中所討論，在激光沿所述模式被定位在每個離散位置中時測量并記錄時間，且該信息可經由兩個移動交通工具之間的RF鏈路傳輸。

面板100可包括多個光學裝置30A、30B、30C和30D和多個光檢測孔40。光學裝置(統指30)可以是各種類型的相機，且光檢測孔40可以是激光檢測器。一對光檢測孔40可與每個光學裝置30配對并且可用于檢測從另一交通工具引導的激光。光學裝置30和光學檢測孔40的數量、配置和類型可在面板100上變化，如具有本公開的益處的領域的普通技術人員所理解。各種光學裝置30可包括在面板100上，如具有本公開的益處的領域的普通技術人員所理解。例如，一個光學裝置30可被配置為解碼像素以確定通過光鏈路從交通工具傳輸的信息。

交通工具的外部的每個面板100可經由通信鏈路211連接到中央處理器210。通信鏈路211可以是無線的或可以是各種有線的配置。例如，通信鏈路211可包括光纜構成的高帶寬光子接口。每個面板100可將多個類型的信息傳送到處理器210。例如，面板100可傳送精確時間基準、感測參考信息和光孔信息。中央處理器210也可經由通信鏈路221與包含虛擬3D模型的數據庫220通信。通信鏈路221可以是無線的或可以是各種有線配置。虛擬3D模型220可用于每個交通工具以在隨著其移動時利用被中繼到另一移動交通工具的該信息確定其位置。該信息可用于通知交通工具引導RF鏈路至的位置以在兩個交通工具之間初始建立RF鏈路。雖然來自數據庫的位置可足以在兩個交通工具之間建立RF鏈路，但是光鏈路可能由于兩個交通工具的持續運動而難以僅基于該位置信息來建立。

虛擬3D模型可以是與虛擬高程模型緊密結合的虛擬二維圖像。因此，虛擬3D模型內的點或位置于是可位于三維空間中。當來自面板100的光束基于交通工具對其相對于虛擬3D模型的位置的感知而被指向在現實世界表面上的位置處時，由現實世界反射的所收集的返回信號應匹配使用虛擬3D模型的預測。隨時間的使用多個光束位置的多個測量可被利用來搜索暗示交通工具對其相對于虛擬3D模型的3D位置感知中的錯誤的匹配錯誤。這些定期測量可代替GPS輔助裝置來輔助交通工具的慣性導航系統提供更新。

每個面板100可利用精確時間基準使從感測孔輸出的信息同步。該信息可在每個面板100和處理器210之間并行地連續流動。處理器210可同步針對每個面板100接收的信息。時間同步信息被保存并被用以精確地關聯面板孔感測的信息與面板感測的運動信息和面板精密時間參考系。每個交通工具可包括被同步到國防部(DoD)的官方時間源的原子鐘。在交通工具離開執行(leave on)任務之前，時鐘都被同步到DoD，以確保交通工具之間的時間戳信息的交換被同步。各種交通工具上的時鐘可被一起校準或同步為皮秒的精度。

同步時鐘的另一種方法是建立在任務中涉及的交通工具的網絡。任務中涉及的交通工具的所有時鐘都被同步為進行任務的領頭交通工具的時鐘。領頭交通工具可定期地測量每個交通工具的主DoD時間參考和領頭交通工具的主DoD時間參考之間的差。然后可針對每個定期測量的差建立校準表，該校準表可被傳送回具有對應差的交通工具。

每個面板100可通過光纜構成的高帶寬光子接口傳送各種類型的信息。例如，信息可包括面板精度時間參考系、面板運動感測參考系，和從面板感測孔輸出的信息。從面板感測孔輸出的數據是利用精確時間參考與從面板100輸出的信息同步的面板100上的時間。

雖然已經在某些優選實施例方面描述了本公開，但是對于本領域的普通技術人員顯而易見的其它實施例(包括不提供本文所闡述的所有特征和優點的實施例)也都在本公開的范圍內。因此，僅通過參考所附權利要求書及其等同物限定本公開的范圍。