水下激光通信系统实现ppt课件

水下激光通信系统的实现,学号：2015080624姓名：校旭东,简介：随着人类对海洋世界的开发越来越深入，水下机器人作为海洋开发的主要工具，已成为各国的研究重点。,水下机器人分为有缆机器人和无缆机器人两种。有缆机器人使用范围受到极大的限制，不能完成很多复杂的浅水环境的工作。无缆机器人控制灵活，能够适应复杂的浅海环境中的各项探测考察任务，因此无缆机器人获得广泛的应用，已成为各国研究的核心。所以，如何在深海中能够很好的与机器人通信来帮助人们完成工作，这是当前的研究方向。,虽然电磁波在水中的衰减较大，但受水文条件影响甚微使得水下电磁波通信相当稳定。水下低频和超低频单向通信适用于军用岸对潜(艇)通信；水下高频通信适用于短距离的水下无线通信。水下电磁波通信的发展趋势为：既要提高发射天线辐射效率，又要增加发射天线的等效带宽，使之在增加辐射场强的同时提高传输速率；应用微弱信号放大和检测技术、抑制和处理内部和外部的噪声干扰，优选调制解调技术(尤其重视已调波在频域上能量高度集中的调制方法)和编译码技术来提高接收机的灵敏度和可靠性。此外，已有些学者在研究超窄带理论与技术，力争获得更高的频带利用率也有学者正寻求能否突破香农极限的科学依据。,在军事方面，特别是在海上战争过程中，水下潜艇、水面舰艇、监测传感器之间的声音、图像、综合数据等信息的无线交换速率更为重要，而传统的水声通信技术虽然具有传输距离远、性能可靠等优点，但是水声通信技术存在着传输速率低、带宽窄、延时较长、功耗和体积大等缺陷，即使在近距离范围内，也难以达到Mbps的传输速率。因此，发展高效的近距离水下信息传输技术已成为海洋监测急需解决的问题。,由于声波在水中的衰减最小，水声通信适用于中长距离的水下无线通信。在目前及将来的一段时间内，水声通信是水下传感器网络当中主要的水下无线通信方式。但是水声通信技术的数据传输率较低，因此通过克服多径效应等不利因素的手段，达到提高带宽利用效率的目的将是未来水声通信技术的发展方向。,水下光通信具有数据传输率高的优点，但是水下光通信受环境的影响较大。克服环境的影响是将来水下光通信技术的发展方向。,光通信起源最早可追溯到19世纪70年代,当时AlexanderGrahamBell提出采用可见光为媒介进行通信,但是当时既不能产生一个有用的光载波,也不能将光从一个地方传到另外一个地方。,因此直到1960年激光器的发明,光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。,近十年来，随着水下光学或声学成像探测技术的快速发展，以及无线传感器网络系统、自主式水下机器人(AUV)等技术的日益普及，为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供了一种全新的水下探测方法。但是，这些观测技术的应用需要高数据传输速率的无线通信技术的支持，以实现观测数据的传输及控制指令的交换。,水下激光通信的发展方向,与水下声学通信技术相比，光学通信技术可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时延大等不足。,首先，由于光波频率高，其信息承载能力强，可以实现水下大容量数据传输，目前可见光谱的水下通信实验可以达到传输千兆(Gbps)量级的码率；,其次，光学通信具有抗干扰能力强，不易受海水温度和盐度变化影响等特点，具有良好的水下电子对抗特性；,第三，光波具有较好的方向性，如被拦截，会造成通信链路中断，使用户会及时发现通信链路出现故障，因此具有高度的安全保密性；,第四，光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少发射与接受装备的尺寸和重量，并且目前光电器件的转换效率不断提升，功耗不断降低，这非常适合水下探测系统设计对有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。,激光对潜通信就是利用激光光波作为载波,并利用脉冲数字编码的方法来调制这一载波的水下通信方式。基本原理是将语音信号及图像信号调制到激光光波上,经介质(水)传输到潜艇,再经潜艇接收端解调,还原成语音或图像信号,来完成通信。其基本组成包括发射控制系统和接收控制系统两大部分,原理与无线通信相似。,激光对潜通信原理,这是水下机器人通信研究的系统方框图：,水下光学通信技术研究前期主要集中在军事领域，长期以来一直是水下潜艇通信中的关键技术。,近几年来，在水下可见光通信技术研究领域成绩比较突出的国家主要有美国、澳大利亚、加拿大等。其中比较有代表性的研究成果有：2004年MauriceTivey等人研制的一种低功型水下可见光通信系统，主要目的是为了实现与海底记录仪进行数据传输；2005年ixSchill等人研制的一种体积更小的设备，主要用于小型AUV之间的通信；IuliuVasilescudeng等人研制的一种用于对水下传感器网络进行数据采集的设备。,我国于1988年开始组织了对蓝绿激光探潜和蓝绿激光对潜通信的技术论证，开始了对大气和海水光散射信道及机载探潜系统的研究工作。1990年机载激光对潜通信系统研究单独立项。进一步促进了对大气/海水光散射信道及相关技术的研究。由于有众多的国外资料可供参考。国内对大气/海水光散射信道的研究起点比较高;但由于我国对大气/海水光散射信道的研究起步较晚，虽然过去国内对激光大气传输进行了大量深入的研究，但对蓝绿激光在海水中传输的研究较少，因此国内对海水光散射信道的研究还处于一个相对较低的水平，有许多问题值得深入研究。,现状成果,参考文献,【1】电子科技大学；何永江.硕士.【水下机