[发明专利]水下无线光通信装置及其方法

说明书

技术领域

    本发明属于无线光学通信技术领域，尤其涉及一种水下无线光通信装置及其方法。 

背景技术

    随着世界人口数量的增加和陆地资源的紧缺，进入21世纪后人们将更多精力投入到海洋、河流资源的开发与利用上。由于人类活动对生态环境的影响，导致水华、赤潮等污染事件时有发生，促使相关部门加大了对于各项水参数质预警和监测的力度。 

    在水中传播的各种波中，以纵波(声波)的衰减最小，因而声纳技术和水声信息传输技术被广泛采用和关注。对电磁波这种横波而言，由于海水是良导体，趋肤效应将严重影响电磁波在海水中的传输，以致在陆地上广为使用的无线电波在水下几乎无法应用。目前，水下无线通信广泛采用的方式为声学通信技术，水声通信技术具有通信距离远、通信可靠性高等优点，但是，水下声学通信也有诸多的局限性：水声信道传输延时长、传输速率低。水中声波的传播速度约为1500m/s,比光速低了太多，其数据传输速率随着距离增大而降低。可用带宽有限。水下声学通信中的传输带宽是时变的，一般水下链路的容量比陆地上的无线链路的容量低很多，如果再考虑多址接入、信道衰落、噪声和干扰等不利因素的影响，实际可获得的链路容量比理想的无线传输速率还要低许多。功耗高、体积大。由于其波长相对较长，所以其耗能大，对于在水下的设备来说其能源补给是困难的。 

    1963年, S.A.Sullian 及S.Q.Dimtley 等人在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水对450～550纳米波段内蓝绿光的衰减要比其他光波段的小很多，证实了在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。依据上述物理现象，利用工作在蓝绿光波段的激光器, 可研制出基于新物理机理的水下目标探测、控制、通信等装备, 为解决长期以来困扰人类的对水下目标探测、水下通信、水质监测、水样采集等难题带来了新的希望。 

    当前对于无线光学通信的研究大都用于大气空间内的激光通信场合，应用场合有一定的局限，不满足于水下无线光学通信的要求，需要做出改进和完善。首先，大气激光通信和水下激光通信要选取不同的光源。在大气中，通常选用对大气透过率最高的红外激光。而在水下，蓝绿光具有传输距离远，传输速率快、带宽大、隐蔽性好等特点，是未来水下通信的发展方向。所以用蓝绿光进行通信比传统通信手段拥有诸多的优越性。当前所采用的激光通信装置以脉冲激光器为主，脉冲激光器体积大、成本高，安装极为不便，不适合普通的水下数据传输。光学通信装置缺少实际电路元器件的选择和对于连接方式的说明。 

基于目前水下无线光学通信研究存在的问题，有必要进一步探索和研究一种新的光学通信装置，以及具体的水下无线光学通信方法，降低无线光通信装置的成本，增强方法的可行性和实用性。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的水下无线光学通信方法存在的不足，提供一种水下无线光通信装置及其方法。 

水下无线光学通信装置包括顺次连接的滤光片、硅光电二极管、光电接收单元、主控单元、光调制驱动单元、绿光光源，主控单元与上位机相连；所述光电接收单元的电路为：电阻R1的一端接硅光电二极管的正极，电阻R1的另一端接地，光电二极管的负极接+5V电源，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与运放A1的反向输入端相连，电阻R3的一端与运放A1的反向输入端相连，电阻R3的另一端与运放A1的输出端相连，电容C1的一端与运放A1的输出相连，电容C1的另一端与电容C2的一端和电阻R7的一端相连，电容C2的另一端与电阻R4的一端、运放A2的同相输入端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端与电阻R6一端、运放A2的反向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R7的另一端、电阻R8的一端、运放A2的输出端相连，电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电容C4的一端相连，电阻R9的另一端与电容C3的一端、运放A3的同相输入端相连，电容C3的另一端和电阻R10的一端接地，电阻R10的另一端与电阻R11的一端、运放A3的反向输入端相连，电阻R11的另一端与电容C4的另一端、运放A3的输出端口相连。