[发明专利]水下机固平台光声效能增强双向通信方法

说明书

本发明公开一种水下机固平台光声效能增强双向通信方法，对激光致声通信模块、水声通信模块和水听器/阵列模块做紧耦合功能集成，通过双载波同源信息级联传输、光声载波互调制、互校验等手段提升水下机动平台间双向通信系统的有效性和机动性。本发明紧密结合了水声通信系统在水下传输距离远、随遇接入、灵活可控的内生属性和激光致声和激光测声设备体积小、重量轻、通信操作简单易行的优势；通过光致声和声转电的信息传输和接收增强了长距离水声通信系统可操作性和机动性，通过双物理场信息互校验提升了通信可靠性，为实现水下机固平台的效能增强型双向通信提供全新的解决方案。

技术领域

本发明属于水声通信、激光致声通信和拖曳声呐阵列等学科领域，具体是指水下机固平台间通过激光致声载波实现双向信息传输以提升系统效能的无线通信方法，尤其涉及一种水下机固平台光声效能增强双向通信方法、系统及存储介质。

背景技术

水下机固平台双向无线通信是水下通信的重要组成部分。水下机动平台需要长时间水下工作时，一般都有建设水下固定保障中心的需求，即在水下建立一个保障中心(水下固定平台)，与水下机动平台进行通信，为其提供相关保障。水下固定平台可为水下机动平台提供重要数据同步，历史数据备份，数据计算、分析，指令快速传达，故障分析，水下指挥等功能，由此在水下机固平台之间产生了大量的数据通信需求。然而，截至目前为止，还没有很好的水下机固平台双向无线通信手段。

声波通信是水下远程无线信息传输的唯一有效和成熟的手段。声波是水中信息的主要载体，广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。声波属于机械波，在水下传输的信号衰减小，传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里，适用于温度稳定的深水通信。迄今为止，水声通信仍然是水下各种机动平台协同联络的唯一有效和成熟的重要手段。然而，海洋中的波浪、鱼类、舰船等产生噪声，使海洋中的声场极为混乱，声波在海水中传递时产生“多途径干扰信号”这一难题，导致接收到的信号模糊不清。为了有效解决多径传播带来的影响，通常采用以下两类策略：针对信号进行特别的设计和处理来抑制多径干扰，另一类是采用指向性好的发射器和接收器阵列即拖曳式声呐。为保证水下超长距离声呐通信的可靠性，一般都采用阵型庞大的拖曳式托体声呐(或舰壳声呐)发射通信信号，拖曳式线列阵声呐接收对方通信声呐发来的信号，两者协同来提高系统的可靠性。然而，当需要在水下机固平台间建立稳定的水下声学传输信道，除要求安装收、发两套拖曳式声呐阵列外，对拖曳声呐阵列的阵型、布放深度和朝向性能也提出了严格要求，这一特性限制了水声通信的应用范围。

另一方面，随着大功率激光技术的不断发展，光源辐射发声引起了人们的广泛关注。激光声源比起现在常用的水下声源来说，具有遥控性(系统无需湿端)，可任意改变光声源的大小形状并改变所发声的频段，可使声源在传声介质中以任意的速度(亚声速，跨声速或超声速)运动，而不引起传统声源那样的绕流。由激光在水表面激发声脉冲的声源级近似和激光的能量密度成正比关系，并且在垂直于激光传播方向所接收到的声脉冲的峰值最大，声脉冲宽度最小，而沿激光传播方向所接收到的声脉冲的峰值最小，声脉冲宽度最大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种水下机固平台光声效能增强双向通信方法，采用光声双载波互联通信方法，对信息激光发射阵列通道、激光致声通信模块和水声拖曳阵列接收通道做紧耦合功能集成，通过同源信息光声双载波级联传输、光声双物理场互校验等手段增强水下机固平台间通信的可靠性和机动性。

为了达到上述效果，本发明提供的水下机固平台光声效能增强双向通信方法，由水下固定平台和多个水下机动平台实现点对点双向通信，通信双方分别包括激光信息发射通道、激光致声通信模块和水听器/阵列接收模块组成，激光信号发射模块调制激光致声通信模块，激光致声通信模块发射激光载波激发水体产生声学信号，水听器/阵列模块接收声学信号建立水下平台间双向通信链路，将拟发送的信息转换为电信号，并激励激光光源发发射激光载波，所述激光致声通信模块发射信号光束激励水体产生声呐载波信号，水听器/阵列接收模块通过接收水声信号并转换为电信号，完成水下机动平台和水下固定平台之间的双向信息传输。