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用于小型设备的低成本水下无线光通信装置

用于小型设备的低成本水下无线光通信装置

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作者：丁阳浙江大学

学位级别：硕士

进入21世纪后对于海洋研究和开发的力度越来越大,对于水下配套技术的要求也随之“水涨船高”。水下和陆上环境的差异,使得很多陆地上成熟的技术在水底无法应用。水下通信是海洋和水下开发的一项重要技术,相对于陆地与空间通信而言,水下... 详细信息

进入21世纪后对于海洋研究和开发的力度越来越大,对于水下配套技术的要求也随之“水涨船高”。水下和陆上环境的差异,使得很多陆地上成熟的技术在水底无法应用。水下通信是海洋和水下开发的一项重要技术,相对于陆地与空间通信而言,水下通信主要是在淡水、海水中的通信。现有技术可以实现陆地、空间中的自由通信,但实现水下自由通信还是比较困难的。传统的水下通信方式分为有线通信和无线通信两种,水下有线通信可以通过铺设海底线缆来实现。由于电磁波在水中有很大的衰减,所以在陆上广泛使用的电磁波通信,在水下应用中受到限制。水下无线通信主要是指水声通信技术,是目前水下目标间无线通信的最成熟技术。但声波在水中衰减很大,而且衰减与声波频率的平方成正比。因此,水声通信技术传播速度慢,声学设备体积大,成本高,无法满足水下通信应用中对于小体积和低成本的要求。本文在分析了当前水下通信技术的现状和先进技术的基础上,利用蓝绿光在水中的良好透过性,设计了一种低成本的无线光通信装置。无线光通信与传统通信方式相比,具有容量大,带宽高,传输速率快,体积重量小,安全、保密性好和成本低的特点。本文的主要内容如下：（1）介绍了当前国内外水下通信的技术手段和发展现状,并对各项技术的优势和不足进行阐述。（2）研究了水的光学特性,具体分析了绿光在固定指标参数水中的传输特性。考虑到光束扩展损耗和光学损耗,提出了水下光学信道的传输效应和通信链路模型。（3）完成了用于水下小型设备的低成本水下无线光通信装置的设计,装置包括绿光光源,光调制驱动单元,主控和显示单元,光电二极管,以及光电转换单元。该装置能够实现水下中、近距离的高速信息传输。本文的主要特色或创新点如下：（1）结合空间无线激光通信技术和现有水下通信方法,提出了一种用于水下近距离信息传输的无线光通信技术。（2）所设计的低成本无线光通信装置,具有成本低、体积小、相比于传统水下声学通信装置带宽高、功耗小等优点,适用于水下环境中近距离的数据传输场合。（3）通过软件仿真论证了光源的发光功率、散射角和光电探测器灵敏度对于水下无线光通信距离、信噪比以及误码率的影响和相互关系。通过室内实验对水下光通信系统的性能和可行性进行了分析和证实。

关键词：水下无线光通信水体光衰减效应低成本光调制技术

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