水下激光通信系统实现

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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。
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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。
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这是水下机器人通信研究的系统方框图：
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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。
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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。
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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。
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光通信起源最早可追溯到19世纪70年代,当时 Alexander Graham Bell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。
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水下激光通信系统的实现
学号：2015080624 姓名：校旭东
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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。
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参考文献
【1】 电子科技大学；何永江.硕士.【水下机器 人通信系统设计与实现】 2013 【2】 中国海洋大学； 王文朋.硕士.【水下激光 系统分析】 2014
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海洋油气开发机器人
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Maurice Tivey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ix Schill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。
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多功能水下探测机器人
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水下缉毒机器人，用超声 波探测毒品
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新型水下机器人帮助人类探测 南极洲冰融情况
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水下激光通信的发展方向
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。
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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。