[发明专利]一种基于光声效应的通信系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于光声效应的通信系统及通信方法，该系统利用发射端发射调制后的激光信号在空气中传输，激光信号传输至空气/水界面处的中继部，发生光声效应，产生超声波，形成信号中继，超声波在水中传输，这样通过高效能量转换，利用信号载体(电磁波/超声波)在介质中(空气/水)的传输特点，减小能量损失，克服了纯光通信、纯声通信等方法在空气到水下通信情况下发生反射和折射以及能量损失的问题。

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种基于光声效应的通信系统及方法。

背景技术

随着海洋研究的不断发展，尤其是从空中到水下通信时，从空中到水下的(如人造卫星到潜水艇)通信尤为重要，然而现有通信手段有各自的局限性，如激光通信，激光在空气/水界面会发生反射和折射，损失部分能量，如果海浪稍大，折射光方向变化且不稳定，难以寻找目标并进行稳定通信；虽然蓝紫光在纯水中衰减系数较小，但是由于波长短较易发生散射，难以适应复杂的水环境(如浮游生物聚集情况下)；其他波长光在水中衰减系数较大，损失大部分光能量。再如超声通信，虽然超声在空中和水中衰减系数都很小，但是空气/水界面声阻抗很大，超声通过界面会损失绝大部分能量。再如微波/无线电通信，这些波段电磁波在水中衰减系数很大，传输距离较短。近年来有科学家提出利用高能脉冲激光产生激光空化效应，击穿海水，产生超声进行水声通信，但是要求能量极高(通常单脉冲能量在焦耳量级)，效率极低，且反应过程不稳定，限制了应用。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种基于光声效应的通信系统及方法。基于上述目的，本发明至少提供如下方案：

一种基于光声效应的通信系统，其包括：

发射端，用于调制激光信号，然后将调制后的激光信号作为一个发射信号发射，所述发射端被放置于空中航行器中，并且所述发射信号代表空中航行器要通信的信息；

中继部，用于接收所述调制后的激光信号，并发生光声效应，产生载有光信号信息的光声信号，所述中继部由水下航行器释放至水面；

接收端，用于接收所述光声信号，从而获得所述空中航行器的通信信息，其中所述光声信号发射自所述中继部，并且所述接收端被放置在水下航行器中。

进一步的，所述中继部为液态光吸收体或固态光吸收体，所述中继部的吸收波长匹配所述激光信号。

进一步的，所述液态光吸收体为黑墨水；所述固态光吸收体为黑色粉末，优选碳粉。

进一步的，所述发射端包括发射激光信号的激光器以及将所述激光信号调制为包含有调制信号的调制器。

进一步的，所述接收端包括用于接收所述光声信号的超声探测器，所述超声探测器为平场型或聚焦型。

进一步的，所述发射端还包括将所述调制后的激光信号聚焦至水面的聚焦透镜组。

进一步的，所述接收端还包括用于将所述超声探测器接收到的光声信号放大的放大器。

进一步的，所述超声探测器为可变焦探测器。

进一步的，所述调制器包括内调制和外调制，所述内调制使用电信号直接对所述激光器调制；所述外调制包括斩波器，并利用所述斩波器对出射的激光进行调制。

一种光声通信的方法，其包括：

载有通信信息的激光信号传输至水面的光吸收体上；

所述光吸收体被所述激光信号照射后产生超声波，形成信号中继；

所述超声波在水中传输，并将所述信息传输至接收端。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：