水下激光通信PL450B激光器调制技术研究

发布时间：2020-05-21 02:54

【摘要】：海洋作为人类可持续发展的重要战略空间,不仅为人类的生活提供着充足的天然气、石油等物质能源,还是当下世界各国军事发展上重要的战略制高点,是彰显国家实力、维护国家安全的战略要地。为实现海洋环境监测及军事深海探测,水下高分辨率成像系统、海洋感知网络以及自主式水下潜航器(AUV)等设备不断更新换代,同时水下终端设备间的实时通信、大容量数据的传输,逐渐成为人类探索海洋的研究热点。水下激光通信以传输速率高、延迟小、体积小、功耗低、保密性好、抗干扰能力强等优点,逐步成为解决水下大容量数据传输的主要方式。本文针对水下远距离、大容量数据传输的通信需求,开展了水下光传输特性、激光调制原理、调制光源、光调制技术性能的分析。首先,从损耗系数、脉冲展宽、背景噪声三方面,研究3类水质的光学特性以及对光通信系统的影响,并完成水下光通信链路的光功率预算。通过对激光直接调制原理的分析,建立半导体激光器小信号和大信号的等效模型,完成了调制系统设计。根据水体信道特点,分析三种常用调制的符号结构、带宽需求、峰值功率、差错特性等技术性能,选择信道适应性较好的开关键控(OOK)调制和带宽利用率较好的脉冲幅度(PAM)调制。完成了水下光通信PL450B激光器直接调制系统的设计,设计PL450B激光器温度自动控制电路,抑制温度漂移带来的波长、功率的改变;设计PL450B激光器功率自动控制电路,预防器件老化等带来的功率下降。最后,搭建实验平台对所设计的光通信系统进行功能测试。通过对经典三极管共射极单端驱动方法的分析,提出ECL电路结构的差分驱动改进方法,实现大功率、高速率的驱动方式,通过实验测量通信带宽可达40 MHz发射功率81.5mW,误码率小于10~(-6),并通过视频传输验证了系统具备高速、稳定的数据传输能力。通过最大通信距离的等效计算,通信距离最远可达60米。
【图文】：

示意图,示意图,数据传递,浮标

第 1 章绪论1.1 研究目的与意义海洋生态环境的监测与保护，海洋资源的开发与利用，海洋疆域的安全保卫等，，均离不开传感、通信网络的支持。海底观测网络由多个分布式节点组成，包括传感器、通信设备、中继浮标等，如图 1.1 所示。位于海底底部的传感器需要将收集的数据传递给自主水下潜航器（AUV）或远程遥控水下机器人（ROV）等水下移动式运载平台，再由 AUV/ROV 向船只、潜艇、通信浮标等传递数据。在海面上方还可通过无线电或大气光通信将数据传递至卫星或陆地上数据管控中心。

水下激光通信PL450B激光器调制技术研究

AquaOpticalLong系统
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1;TN248

【参考文献】