水下激光通信系统中信道特性分析

发布时间：2019-07-15 10:31

【摘要】：进入21世纪以来，为了维护海洋权益和加强海洋资源的开发与保护、生态环境监测，水下探测器、水下环境监测、水下成像技术以及所构成的水下无线通信网得到了广泛的应用。为了实现对这些探测技术所产生的大容量数据的实时传输和监测，这就依赖于一种高数据传输速率的水下无线通信技术。水下激光通信的频带宽，通信容量大，适于水下大容量数据的传输，以及不易受海水温度和盐度变化的影响，具有良好的抗干扰能力。此外，激光具有较强的方向性，提高了信息传输过程中的安全保密性。 信息在信道中的传输特性直接影响着通信系统的质量。水下激光通信系统是以纯水或者海水作为传输介质，由于海水中除了水分子外，还包含众多的悬浮粒子、溶解物质和生物体，导致光波在传播过程中因吸收和散射作用而产生衰减。 本文针对水下信道对光波的衰减作用，首先分析了海水的固有光学特性，了解了水中物质对光波的吸收和散射效应。通过研究光在水下的辐射传输方程，提出了使用蒙特卡洛方法模拟水下光能量的衰减。在实验室内搭建了水下激光通信系统，通过模拟不同水质下的不同信号传输，对水下信道对激光的衰减作用以及系统通信的误码率进行了实验分析。从结果中可以看出，随着能见度的降低，信道对激光的衰减作用明显加强，同时误码率也明显增大。
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图片说明： 水下激光通信系统中信道特性分析1、纯海水的吸收国际上，许多研究工作者对纯水或者纯海水的吸收系数进行了系统分析。为后来的科学研究提供数据支持。根据数据显示，纯海水对光波的吸收作用主要体现紫外光和红外光波段，对可见光波段具有较好的投射特性[21]。从图 2-1中我们也可以看出海水对光波的吸收系数主要跟光波的波长（频率）有关。
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图片说明： 图 2-2 纯海水的散射系数与波长的关系曲线图悬浮颗粒的散射中存在大量的形状各异的悬浮颗粒，这些粒子对光的散射效应的前向散射。通常情况下，，研究人员采用米氏散射理论进行分可以表示为： 21 22 28iI I i ir （3-9）中， 1i 和 2i 可表示为： *1 1 1*2 2 2( , , ) ( , , )( , , ) ( , , )i S m S mi S m S m （，S1与 S2为散射光振幅函数，表示为： 112 1( ) (cos ) (cos )( 1)n n n nnnS c dn n
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.1

【参考文献】

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本文编号：2514643