基于可见光的水下通信技术研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 （注： 如没有其他需要特别声 明的，本栏可空） 或其他教育机构的学位或证书使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 --------------------------------------------------------------------- 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。 2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国 学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入 CNKI《中国知识资源总库》，授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。（保 密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 基于可见光的水下通信技术研究 摘 要 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、必威体育官网网址性差等方面 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、易集成以及必威体育官网网址性好等优点。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，也保证了通信的必威体育官网网址性；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 I 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更直观的认识，也通过一个量化的评 估对实验对象进行评估测量。 关键词： 水下；可见光通信；激光；光电倍增管；STM32；OOK；曼彻 斯特；PPM II Underwater Communication Technology Based on Visible Light Abstract In recent years, as the improvement of Seafloor Observatory Network(SONET), it has been gradually become the most important and popular method of marine geologic survey, marine internal environment observation and mineral resources exploration. While as the high-speed evoluti