水下无线光通信自动对准控制算法研究

发布时间：2024-05-28 03:13

　　随着无线通信技术的发展以及海洋探测系统的应用,水下无线通信技术得到巨大关注。目前水下无线通信主要可以分成三大类:水声通信、射频通信及光通信。水声通信信号衰减小、传输距离远,但是传输速率太低;射频通信传输速率较高,但衰减较大,传输距离过近;而水下光学通信具有较大的带宽和更高的传输速率,特别是水下激光通信具有安全性好、传输速率高、通信容量大、传输距离较远等优点,近年来成为水下无线光通信领域的重要研究方向。由于高速激光通信中的光源出射光斑和发散角都很小,经过一定距离传输后,接收端的光斑仍然较小。而且高速接收机的光电检测器探测面比接收到的光斑小,因此接收机与光斑中心很难处于精细对准状态,导致难以建立稳定的水下光通信链路。本文针对水下光通信对准这一问题进行了研究。首先,采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,得到不同传输距离下接收光强与光子接收位置的关系。利用高斯函数对仿真结果进行拟合分析,研究了水下无线光通信系统接收机相对于光斑不同位置的接收功率分布规律,建立接收机接收光强与接收机位置的数学模型。然后,在现有的激光传输模型的基础上,考虑接收机位置的影响,得到含有接收机...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水下无线光通信研究现状
        1.2.2 水下无线光通信对准问题研究现状
    1.3 课题的主要研究内容和结构安排
        1.3.1 课题主要研究内容
        1.3.2 课题的组织结构安排
第2章 海水信道光学特性与无线激光传输理论分析
    2.1 海水的光学特性
        2.1.1 海水信道的光学吸收特性
        2.1.2 海水信道的光学散射特性
        2.1.3 海水信道的光学衰减特性
    2.2 海水信道无线激光传输理论模型分析
        2.2.1 海水信道模型
        2.2.2 水下光信号的几何衰减模型
        2.2.3 基于光束扩展的海水信道激光传输衰减模型
    2.3 本章小结
第3章 水下无线激光传输的蒙特卡洛仿真与UOWC对准模型的建立
    3.1 水下无线光通信系统模型
    3.2 水下高斯光束远场光强分布的蒙特卡洛仿真
        3.2.1 高斯光束理论
        3.2.2 蒙特卡洛方法概述
        3.2.3 蒙特卡洛数值仿真流程
        3.2.4 蒙特卡洛仿真结果
        3.2.5 仿真结果分析
    3.3 建立UOWC对准系统接收光强空间分布模型
        3.3.1 UOWC对准系统
        3.3.2 基于对准系统的接收光强空间分布模型
    3.4 本章小结
第4章 水下激光通信对准算法研究
    4.1 系统模型与问题描述
        4.1.1 状态空间模型
        4.1.2 测量模型
    4.2 对准算法研究
        4.2.1 基于一维搜索算法的对准控制
        4.2.2 基于EKF的估计和对准算法
    4.3 算法仿真与结果分析
    4.4 本章小结
第5章 水下激光接收光强分布及自动对准控制实验
    5.1 水下激光接收光强分布检测实验
        5.1.1 实验平台的搭建
        5.1.2 实验结果及分析
    5.2 对准实验平台搭建与系统验证
        5.2.1 实验平台的搭建
        5.2.2 实验测试
    5.3 基于EKF的对准仿真实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：3983411