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基于可见光的水下通信技术研究

更新时间：2020-03-14 11:06:45 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：水下通信 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

近年来,海底观测网络的建设,成为海洋地质调查、海洋内环境观测、矿物资源勘探的重要技术手段。而作为其技术支撑的水下声、光传感器和以自主式载人和非载人潜航器(AUV、ROV)为代表的水下潜航器械的快速发展,在给科研和工程带来极大便利的同时,也对所使用的水下通信方法的连续性、高效性、高速性和系统性有着更高的要求。当前主要的几种水下通信方式有:水声通信、超低频无线电通信和铺设海底光缆。但与水下可见光通信技术相比,还存在着通信距离短,通信速率低,设备庞大、昂贵、不利于集成,方向性、保密性差等方面的缺点。

相比较而言,基于可见光的水下通信技术具有通信速率高、费用低、仪器体积小巧、易集成以及保密性好等优点。由于激光调制的调制速率高,单脉冲能量高,水下可见光通信可以达到更高的通信速率(几百兆到千兆的传输速率),更宽的通信带宽;大功率发光二极管和激光二极管的不断更新换代,光探测器的技术发展,一方面使得光源体积越来越小,并能更好地集成在各种科考系统中;另一方面,器件价格的低廉似使得系统的成本更低;激光的发散角小,方向性好,不但减小了光在传输过程中的能量损耗,也保证了通信的保密性;另外,可见光对电磁的抗干扰能力更强,不容易受海洋内环境变化的影响,在水下通信能实现更好的稳定性。

因此,本文就基于可见光的水下通信的关键技术做了研究和分析,具体研究方法及成果如下:

(a)针对水下可见光通信的关键技术分别做了对比分析:对通信的海水信道特性,分别从吸收、散射和其他因素给出分析模型;对光调制技术和光电探测技术结合原理和现存技术做了分析;对水下可见光通信的编码方式做了对比分析。

(b)设计了基于532nm激光器和光电倍增管的光收发链路,具体根据所选器件设计了光接收电路、调理电路、耦合电路、电平转换电路、单片机控制电路,并编写了单片机软件和上位机软件,搭建了完整的水下可见光收发平台。

(c)针对当前集中常用的编码方式,利用单片机软件实现了各种编码方式的通信调制,包括开关量直接调制(OOK),曼彻斯特编码(Manchester Coding)、4位和16位的脉位调制(PPM)。

(d)设计了实验室调试和水下通信实验,对可见光在通信编码方面的表现特性和水介质中的传播特性有了...