基于图像EKF跟踪的水下激光通信APT方法

针对水下激光通信的自动对准问题,提出了一种基于图像扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)跟踪的APT方法。通过水下相机获取激光光斑图像,利用Canny算子和Hough圆变换对激光光斑实现精确定位。根据相机标定原理建立APT对准的像素坐标转换模型,利用目标定位数据的滤波处理获取较为稳定的水下激光通信对准效果。水下实际测试结果证明,所提方法可以提高目标对准的速度和准确性,适用于近距离水下激光通信领域。

基于蒙特卡洛海洋水下激光通信信道特性分析

通过分析激光束在海水中光学信道的特性,建立了激光信号海水信道传输模型。采用蒙特卡洛方法,研究了波长为530nm激光在不同杂质海水中传输时在不同接收距离处接收面上的光功率变化及3d B光斑半径的展宽。

蒙特卡洛仿真的水下激光通信信道特性

针对海洋激光通信信道复杂多变的问题,利用理论分析和蒙特卡洛模拟方法详细研究了水下光通信链路的信道特性。采用波长为532 nm的蓝绿激光,分析了典型海水中的信道脉冲响应,研究了接收光强与海水类型、衰减长度、发散角、波束宽度、接收视角及孔径等重要参数的关系,并通过蒙特卡洛仿真实验进行验证。理论分析与仿真结果表明:清澈海域中,传输距离<40 m时,可认为无码间干扰信道,接收端不需要复杂的信号处理算法;但在海港浑浊海域,时延扩展随着接收视角和发散角的增大而增大,从而降低信道的传输效率。当衰减长度小于等于漫射长度时,接收光强随接收孔径的增大而减小;但当衰减长度大于漫射长度时,接收光强随着接收视角的增大呈现先增后恒的趋势。因此,研究结果将对建立准确的水下无线光通信信道模型具有重要的参考价值。

水下激光通信技术及发展研究

目前水声技术是应用范围最为广泛且时间也是最长的水下无线通信技术。但是随着发展的需求不断地提高,水声通信的短板也逐渐被揭示出来。如传播延迟长、信号衰减大、多径效应严重、通信带宽有限等一些特性导致水声通信在水下通信网络设计面临巨大挑战。在水下激光通信具带宽受环境影响小、可用载波频率高、传输时延小等特点。

基于PPM-TDM技术的水下激光通信系统研究

提出了使用多台相同脉冲激光器的脉冲位置-时分复用(PPM-TDM)技术,以TDM的形式充分利用激光脉冲的时间间隔,提高了水下激光通信速率。比较了不同激光脉冲宽度和脉冲调制阶数对系统性能的影响,验证了PPM-TDM技术在水下激光通信系统中应用的可行性。

LDPC码在水下激光通信中的研究

为了研究低密度奇偶校验码在水下激光通信系统中的性能,采用软判决迭代译码算法对系统误比特率进行了仿真,并对水下激光通信的信道模型和低密度奇偶校验码的编译码方式进行了探讨。在一定码长和调制阶数条件下,当信号光子数 n_s 增大时,可以使误比特率降到10^(-5)以下。结果表明,通过利用光电检测输出的软信息进行低密度奇偶校验软判决译码可以明显地降低系统误比特率。

水下激光通信系统接收机倾角及位置对接收光功率的影响研究

采用蒙特卡洛方法建立了水下高斯光束传输仿真模型,基于该模型重点研究了接收机倾角和接收机位置对接收光功率的影响规律。仿真结果表明:在水下信道中,当接收机探测器阵面与激光出射角垂直时,接收光功率最大,随着接收机探测器阵面倾斜角度的增加,接收光功率逐渐减小;当接收机沿着Y轴方向正向移动时,且接收机在激光束的直径范围内时,接收光功率不变;当接收机在激光束的直径范围外时,接收光功率随着接收机偏离原点距离的增加而减小。仿真结果可为水下激光通信工程实践提供参考依据。

水下激光通信技术的特点及发展现状

本文在深海勘探的背景基础上,简要阐述了水下激光通信技术的优缺点,在此基础上概述了近几年水下激光通信技术的国内外科研方向、发展情况。阐明了水下激光通信技术在深海勘探中发挥的重要作用。

分集阵列式水下激光通信光学接收天线设计

针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围,并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系,结果表明:当光源尺寸10 mm时,复合光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±6°,光源径向移动范围是±6 mm;分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±16°,光源径向移动范围是±22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。

水下激光通信系统最大通信距离的快速估计（英文）

为了快速评估水下激光通信系统的最大通信距离,提出了一种半解析的方法。对于给定的水下光学信道,仅仅需要进行两次仿真就可以获得系统的最大通信距离。即使系统参数改变,也不再需要进行额外仿真。根据水下光学信道参数,通过简单的数学运算获得了两个参考距离。并针对每个参考距离各进行了一次仿真。最后根据理论分析和仿真结果,推导出了最大通信距离的计算公式。为了验证该计算方法的有效性,将计算结果与实验结果进行了对比。对比结果表明两者吻合得很好,故所提出的半解析方法的有效性得以证实。

水下激光通信中脉冲时域展宽的模拟计算方法

针对激光脉冲在水下传输时导致脉冲的时域展宽,严重地影响了水下激光通信的性能。以蒙特卡罗模拟为手段,在一定的水质条件下,对激光脉冲经过不同传输距离后的脉冲宽度进行了计算机模拟,模拟结果与实验测量数据相符,精确度高于其他方法,该方法尤其适用于激光脉冲远距离传输的情况,证明了该方法可准确地计算激光脉冲展宽后的脉宽值,能有效地提高水下激光通信的性能。

水下激光通信上行传输特性研究

采用谱分析的方法,建立三维随机海浪的模型;根据大气折射率高度模型,对变折射率大气进行分层。在理论上分析激光通过随机起伏的海面和折射率不均匀分布的大气后,到达卫星接收机平面时形成的光斑的形状、位置和大小。仿真结果表明,海面随机起伏对上行光传输的影响取决于发射光束覆盖的海面区域,即海面光斑的尺寸与海浪波长的相对关系。当海面光斑的尺寸相对很大或很小时,对上行光传输的影响可忽略;在其它情况下通过适当调整发射光束的宽度可以提高通信的质量和稳定性。

水下激光通信系统研究进展

由于各国愈发重视海洋安全和领土安全问题,水下激光通信发挥着越来越重要的作用。在复杂的海洋环境中实现信息高速和安全的传输是水下激光通信亟待研究的课题。梳理了国内外水下激光通信系统的发展历程,总结了系统的技术优势,给出了通信原理,分析了影响系统性能的关键技术。最后指出未来的水下激光通信系统将具有更高的通信速率、更低的误码率、更远的通信距离、更大的容量、更小的功耗和更小的体积等优点,并从点对点通信发展到组网式通信。

水下激光通信最大比合并分集接收性能分析及仿真

受海水吸收和散射的影响,长距离水下通信时信号幅度下降,信噪比(SNR)降低,最终导致水下激光通信系统的误码率(BER)提升,最远通信距离受限。为此,提出将最大比合并(MRC)分集接收技术应用于水下激光通信系统。分析和研究了在水体吸收和散射的综合作用下,MRC空间分集接收技术相对于等增益合并(EGC)空间分集接收技术对水下激光通信系统接收器性能的改善。推导了MRC加权系数分配方式,分析了接收支路数目与系统BER性能的关系,采用蒙特卡罗法对波长为532nm的绿光在IB型水质下100m处六路分集接收器中MRC相对于EGC的性能改善进行了仿真,并仿真了在Jerlov IB和II类水质下两种分集合并技术BER随通信距离的变化。由理论分析和仿真结果可知,MRC可以根据各路接收SNR情况更合理地分配加权系数,达到合并后的最佳SNR。在同等BER要求下,MRC可以提高水下激光通信的最远传输距离,在同等传输距离下,MRC可以降低通信系统的BER,为水下长距离激光通信系统的工程化提供了一种解决方案。

复杂水质条件下蓝绿激光通信传输特性研究

由于水下通信信道的复杂性,水下激光通信面临功率衰减和通信距离受限的问题。论文采用蒙特卡洛方法建立了水下高斯光束传输仿真模型,基于该模型重点研究了海水类型、衰减系数、传输距离、接收孔径对接收光功率衰减的影响规律。结果表明:在纯净海水、远海海水、沿岸海水和港口海水中,随着海水浑浊程度的增加,仿真得到的有效传输距离减少,光功率衰减增加;在文中设定的海水衰减系数下,当海水的吸收系数大于散射系数时,有效传输距离减少,光功率衰减增加;当接收孔径小于光束直径时,接收光功率随接收孔径的增加而增加,当接收孔径大于光束直径时,接收光功率不再随接收孔径的增加而变化。

水下激光对潜通信系统及其实验设计

介绍水下激光通信的基本原理和在水下通信方面存在的明显优势,根据无线激光通信技术原理,设计了一种潜对潜的通信实验方案.

基于可见光的水下激光传输信道的特性分析

分析激光束在海水光学信道中的吸收特性和散射特性,研究在不同波长下的不同杂质和不同杂质浓度与信道衰减特性关系,建立了激光信号海水信道传输模型。利用该模型,根据实际系统参数对波长530nm的信号传输特性进行了仿真分析,得到了不同波长时的系统接收功率范围,及530nm波长时系统在不同灵敏度下的传输距离。

基于FPGA的水下无线激光语音通信系统

提出了一种基于FPGA的水下无线蓝光激光语音通信系统的实现方案。给出了该语音系统的总体设计框图,并对各个组成部分做了必要的分析。在实验室环境下通过使用装满海水的水槽模拟海水信道对该系统进行验证。实验结果表明,该系统能够很好的还原经过信道传输的语音信号,还原的语音信号,声音自然,语音清晰,能够满足基本语音通信任务。

水下无人潜航器无线通信技术研究

水下无人潜航器(Unmanned Underwater Vehicles,UUV)具有广泛的科研、商业、军事用途。水下无人潜航器执行任务时,无线通信技术保障了其与母平台间、相互之间的数据、指令传输,是水下无人潜航器不可或缺的组成部分。首先概括了水下各种通信方式下的信道特征;然后梳理了电磁波、水声、激光、磁感应等成熟或前沿的水下无人潜航器通信方式,在此基础上逐一阐述了这四类通信方式所涉及的关键技术,为水下无人潜航器无线通信技术的发展提供了参考。

基于蒙特卡洛仿真的水下四点单目测距研究

水下光通信系统在工作时需要及时获取与接收端的距离信息并进行高速通信。文章提出在水下蓝绿激光通信系统中加入单目测距功能,实现短距离视觉测距和长距离激光测距的水下光通信测距一体化研究。使用蒙特卡洛方法进行仿真,建立激光信号水下信道传输模型,模拟不同目标尺寸、不同距离和不同水质下的水下激光光斑图片,分析以上3种因素对水下单目测距精度的影响。考虑仿真图片光斑弥散和对比度降低对测距精度的影响,文章针对性地提出了一种对水下小尺寸光源目标、结合图像增强和Zernike矩亚像素点边缘检测的单目测距算法以提高单目测距算法的精度。通过实验室水池实验验证,文章所提算法精度达到了使用要求。