基于可見光的水下通信技術(shù)研究.pdf

1、近年來,海底觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),成為海洋地質(zhì)調(diào)查、海洋內(nèi)環(huán)境觀測、礦物資源勘探的重要技術(shù)手段。而作為其技術(shù)支撐的水下聲、光傳感器和以自主式載人和非載人潛航器(AUV、ROV)為代表的水下潛航器械的快速發(fā)展,在給科研和工程帶來極大便利的同時,也對所使用的水下通信方法的連續(xù)性、高效性、高速性和系統(tǒng)性有著更高的要求。當(dāng)前主要的幾種水下通信方式有:水聲通信、超低頻無線電通信和鋪設(shè)海底光纜。但與水下可見光通信技術(shù)相比,還存在著通信距離短,通信速率低,

2、設(shè)備龐大、昂貴、不利于集成,方向性、保密性差等方面的缺點。
　　相比較而言,基于可見光的水下通信技術(shù)具有通信速率高、費用低、儀器體積小巧、易集成以及保密性好等優(yōu)點。由于激光調(diào)制的調(diào)制速率高,單脈沖能量高,水下可見光通信可以達到更高的通信速率(幾百兆到千兆的傳輸速率),更寬的通信帶寬;大功率發(fā)光二極管和激光二極管的不斷更新?lián)Q代,光探測器的技術(shù)發(fā)展,一方面使得光源體積越來越小,并能更好地集成在各種科考系統(tǒng)中;另一方面,器件價格的低廉似

3、使得系統(tǒng)的成本更低;激光的發(fā)散角小,方向性好,不但減小了光在傳輸過程中的能量損耗,也保證了通信的保密性;另外,可見光對電磁的抗干擾能力更強,不容易受海洋內(nèi)環(huán)境變化的影響,在水下通信能實現(xiàn)更好的穩(wěn)定性。
　　因此,本文就基于可見光的水下通信的關(guān)鍵技術(shù)做了研究和分析,具體研究方法及成果如下:
　　(a)針對水下可見光通信的關(guān)鍵技術(shù)分別做了對比分析:對通信的海水信道特性,分別從吸收、散射和其他因素給出分析模型;對光調(diào)制技術(shù)和光電探

4、測技術(shù)結(jié)合原理和現(xiàn)存技術(shù)做了分析;對水下可見光通信的編碼方式做了對比分析。
　　(b)設(shè)計了基于532nm激光器和光電倍增管的光收發(fā)鏈路,具體根據(jù)所選器件設(shè)計了光接收電路、調(diào)理電路、耦合電路、電平轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路,并編寫了單片機軟件和上位機軟件,搭建了完整的水下可見光收發(fā)平臺。
　　(c)針對當(dāng)前集中常用的編碼方式,利用單片機軟件實現(xiàn)了各種編碼方式的通信調(diào)制,包括開關(guān)量直接調(diào)制(OOK),曼徹斯特編碼(Manches