基于光电阵列的水下定位通信一体化系统设计

发布时间：2021-08-21 01:18

　　针对无人潜航器（UUV）在水下容易受复杂环境的干扰而造成相对光源姿态偏转,使定位与通信受影响的问题,提出了一种基于曲面阵列的水下定位通信方案,依此方案设计了一套基于现场可编程门阵列（FPGA）为处理核心的水下定位通信系统,并对系统进行了测试。测试结果表明:此系统能够精确估计出接收端相对光源的姿态并做出调整,在调整姿态后其通信性能具有明显提升。 

【文章来源】：光通信技术. 2020,44(07)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

不同偏转角度下的通信性能

为了更好地还原光强分布，本文用三维高斯光强来模拟接收端阵列接收面上的光强分布[3-4]，如图1所示。由于光电探测器的响应度特性并非理想的曲线，曲面阵列上各个探测器相对光源的倾斜角不相同，所以实际通过光电探测器得到的光强分布并非如图1所示[5]。曲面上探测器的分布间距是决定定位精度的关键。因此，本设计对曲面上探测器采用了非等间距的方案以期达到最佳的定位精度。其分布规则如下：

UUV最大偏转角度下的姿态如图2所示，边界探测器在UUV最大偏转时与光源轴线的相对角为0°，意味着能以最大的接收效率在此处进行光/电转换[6]。假定目前σn代表了阵列中边界探测器这一支路的噪声，那么边界探测器光/电转换后的电压需要大于噪声σn，以便准确提取此处光场的分布特征。同时，边界探测器对应位置的光强可由三维高斯光强分布特性确定。在某一海域中使用已知的光源与光电探测器件（器件、海水信道相关的具体参数已知），根据式（1）可以确定此海域中特定探测器能接收到信号时发射光源所需要的峰值功率Ipeak[7-8]。由图2可知，根据三角形的相似性，线a与线b平行，则边界探测器与中心探测器的角度和UUV偏转的角度都为θ。确定了光源峰值功率Ipeak后由中心探测器开始逐步向外确定其余探测器的位置。根据所选用光电探测器的响应度曲线与相对角灵敏度曲线可知，在未发生偏转时，中心探测器与光源轴线的相对角为0°，此时中心探测器的接收光功率为[9]:


本文编号：3354595