基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统及光通信方法技术方案

本申请涉及水下可见光通信技术领域，具体涉及一种基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统及其方法、存储装置，该水下无线光通信系统包括：发射装置，包括信号调制单元，用于载入预置信号并基于计算时域鬼成像算法对预置信号进行调制，以产生调制信号；信号产生单元，用于载入调制信号，并产生相应的驱动电压信号；光源，用于根据调制信号产生光信号；接收装置包括：光探测器，用于探测光信号的光强值，并进行光电转换；数据采集单元，用于获取光探测器的电信号；以及数据同步与处理单元，进行关联计算，以得到预置信号的重构信号。通过上述方式，能够解决现有水下无线光通信技术中存在的通信距离短、发射频率低等问题。发射频率低等问题。发射频率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统及光通信方法


[0001]本申请属于水下无线光通信
，具体涉及基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统及光通信方法、存储装置。

技术介绍

[0002]目前，在水下环境中进行通信的方式有三种，分别是采用声波、射频波和光波进行数据传输。
[0003]本申请专利技术人在长期研发过程中，发现水下声波通信的传输数据速率相对较低(通常是kbps级别)，且声波在水中的传播速度慢，导致严重的通信延迟；水下射频通信的射频波衰减严重，只能传播几米；水下可见光通信中的光波在传输过程中会经历吸收和散射，导致光波的能量迅速衰减，探测器接收到的光功率过小，导致信号的信噪比过低、通信距离短、发射频率低、在长距离通信中很难达到理想的通信效果甚至无法通信。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本申请提供一种基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统及其方法、存储装置，以解决上述现有技术的通信距离短、发射频率低、长距离通信效果差的问题。
[0005]为了解决上述问题，本申请提出一种基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统，包括发射装置和接收装置；发射装置包括：信号调制单元，用于载入预置信号并基于计算时域鬼成像算法对预置信号进行调制，以产生调制信号；信号产生单元，用于载入调制信号，并产生相应的驱动电压信号；光源，用于根据驱动电压信号产生光信号；以及同步控制单元，用于实现发射装置与接收装置的时间同步；接收装置包括：光探测器，用于探测光信号的光强值，并进行光电转换；数据采集单元，用于获取光探测器的电信号；以及数据同步与处理单元，用于控制信号产生单元与数据采集单元的数据同步，并进行关联计算，以得到预置信号的重构信号。
[0006]为了解决上述问题，本申请提出一种基于计算时域鬼成像的光通信方法，该方法包括以下步骤：载入预置信号；基于计算时域鬼成像算法对预置信号进行调制，以产生调制信号；载入调制信号，并产生相应的驱动电压信号；根据调制信号产生光信号；探测光信号的光强值，以得到与光强值相关的电信号；基于电信号进行关联计算，以得到预置信号的重构信号。
[0007]为了解决上述问题，本申请提出一种存储装置，存储装置存储有能够实现如前述的基于计算时域鬼成像的光通信方法的程序文件。
[0008]与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请将计算时域鬼成像应用于水下无线光通信系统中，能够在使用低带宽探测器的水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)系统中传输高频信号，突破了UWOC系统的带宽限制，实现超带宽传输，并且系统简单，可有效节约成本。此外，由于低带宽探测器具有较高的探测灵敏
度，对于微弱信号的响应较强，因此，可以在实现超带宽传输的同时实现远距离通信，在水下通信、海底石油勘探、海洋环流监测等领域有很好的应用前景。
附图说明
[0009]图1是本申请的基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统第一实施例的结构示意图；
[0010]图2是本申请的基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统第二实施例的结构示意图；
[0011]图3是本申请的基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统第三实施例的结构示意图；
[0012]图4是本申请的基于计算时域鬼成像的光通信方法第一实施例的流程示意图；
[0013]图5是本申请的基于计算时域鬼成像的光通信方法第二实施例的流程示意图；
[0014]图6是本申请的基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统应用示意图；
[0015]图7是本申请所使用的128
×
128哈达玛矩阵，其中白色表示1，黑色表示
‑
1；
[0016]图8是在1GHz发射频率下，本申请的基于计算时域鬼成像(TGI)的水下无线光通信重构信号与预置信号的对比图；
[0017]图9是在1GHz发射频率下，基于OOK的水下无线光通信重构信号与预置信号的对比图；
[0018]图10是本申请的存储装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0021]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0022]图1是本申请的基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统第一实施例的结构示意图。在一实施例中，水下无线光通信系统10应用于水下通信、海底石油勘探、海洋环流监测等领域，水下无线光通信系统10包括发射装置11和接收装置12。
[0023]发射装置11包括：信号调制单元117、信号产生单元111、光源112以及同步控制单元113。接收装置12包括：光探测器121、数据采集单元122以及数据同步与处理单元123。
[0024]具体而言，信号调制单元117可以为计算机，用于载入预置信号并基于计算时域鬼成像算法对预置信号进行调制，以产生调制信号。
[0025]信号产生单元111可以为任意波形发生器，任意波形发生器可以从现有技术中选择，任意波形发生器用于载入调制信号，并产生相应的驱动电压信号。
[0026]光源112可以为激光器或LED，光源112用于根据驱动电压信号产生光信号。同步控制单元113用于实现发射装置11与接收装置12的时间同步。
[0027]光探测器121可以为PN二极管，PIN二极管，雪崩二极管或其他集成光敏的二极管的光强探测器，光探测器121用于探测光信号的光强值，并将光强值转换为相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算时域鬼成像的水下无线光通信系统，其特征在于，包括发射装置和接收装置；所述发射装置包括：信号调制单元，用于载入预置信号并基于计算时域鬼成像算法对所述预置信号进行调制，以产生调制信号；信号产生单元，用于载入所述调制信号，并产生相应的驱动电压信号；光源，用于根据所述驱动电压信号产生光信号；以及同步控制单元，用于实现所述发射装置与所述接收装置的时间同步；所述接收装置包括：光探测器，用于探测所述光信号的光强值，并进行光电转换；数据采集单元，用于获取所述光探测器的电信号；以及数据同步与处理单元，用于控制所述信号产生单元与所述数据采集单元的数据同步，并进行关联计算，以得到所述预置信号的重构信号。2.根据权利要求1所述的水下无线光通信系统，其特征在于，所述发射装置还包括：直流源，用于为所述信号产生单元提供直流；偏置器，用于耦合所述直流源输出的直流信号以及所述信号产生单元输出的所述调制信号，并将其输出给所述光源。3.根据权利要求1所述的水下无线光通信系统，其特征在于，所述预置信号为：基于Matlab软件产生的M位PRBS码；所述信号调制单元，用于基于Labview软件使用M
×
M的哈达玛矩阵对所述M位PRBS码进行M次调制，以产生所述调制信号，其中，所述调制信号为数字信号；所述数据同步与处理单元，用于对所述光强值对应的电信号以及大小为M
×
M的哈达玛矩阵进行关联计算，以得到所述预置信号的重构信号。4.根据权利要求1所述的水下无线光通信系统，其特征在于，所述光探测器的对应于所述光强值的探测结果为R
i
(t)，其中，R
i
(t)＝S(t)B
i
(t)，其中，S(t)为所述预置信号，B
i
(t)为载入到所述信号调制单元中的所述预置信号所接受的第i个调制时间基，1≤i≤N，且i为整数；所述光探测器在第i次调制期间接收的所述光强值对应的探测结果为T
i
，其中，τ为一个调制周期；所述关联计算采用的公式为：S
’
(t)＝<(T
i
‑
<T
i
>)(B
i
(t)
‑
<B
i
(t)>)>，其中，S
’
(t)为所述重构信号，<>表示对N次测量取总体平均值。5.根据权利要求1所述的水下无线光通信系统，其特征在于，所述同步控制单元采用内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：田朋飞，陈新伟，闫春辉，方志来，张国旗，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：