一种水下光通信发射方法及发射系统技术方案

一种水下光通信发射方法及发射系统，涉及通信应用领域，包括：水下设备发射多组光线，每组光线为两束光线，且每组光线照射到水面形成的两点与水下设备的铅垂线共面，根据每组光线在水面形成的两点、以及该两点到水下设备距离，计算该两点连线间的水平斜角γ，将两点连线间的水面区域作为子分区，所述水平斜角γ作为其所在子分区的波浪斜角；从所有组光线在水面上形成的点覆盖的区域中，排除反射异常的子分区、发生全反射的子分区、以及该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区；结合子分区的波浪斜角调整水下设备光束发出的角度，使光束从剩余子区域射出。本发明专利技术避免接收困难，保证水下设备在水面波动时仍能够维持可靠的对空中通信。的对空中通信。的对空中通信。

【技术实现步骤摘要】
一种水下光通信发射方法及发射系统


[0001]本专利技术涉及通信应用领域，具体来讲涉及一种水下光通信发射方法及发射系统。

技术介绍

[0002]为了便于水下活动时进行信息传递，水下光通信被广泛用于深海资源开发、海洋生态系统监测和战术监视。与传统的使用有线、声学信号和射频(RF)信号等方法相比，水下光通信具有灵活、高带宽，损耗适中等优点，具有巨大应用潜力。
[0003]除了纯水下通信链路之外，水下设备往往还需要与空中设备(如中继无人机或飞机)进行实时通信，信息光束需要在水中和空气两种介质中传输，还需要经过水
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气界面，信息质量和传输可靠性面临更大挑战。首先，光束除了遇到基本的吸收和散射效应外，海洋湍流和气泡也会降低性能；另一方面，光束穿透水
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空气的波状表面会遭受严重的偏转和衰耗。当光在界面折射时，水表面的波动会使折射角变化，引起光束偏转，导致接收困难。尤其当入射角超过临界角时，发生全反射时链接就被切断。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种水下光通信发射方法及发射系统，避免接收困难，保证水下设备在水面波动时仍能够维持可靠的对空中通信。
[0005]为达到以上目的，一方面，一种水下光通信发射方法，包括：
[0006]水下设备发射多组光线，每组光线为两束光线，且每组光线照射到水面形成的两点与水下设备的铅垂线共面，根据每组光线在水面形成的两点、以及该两点到水下设备距离，计算该两点连线间的水平斜角γ，将两点连线间的水面区域作为子分区，所述水平斜角γ作为其所在子分区的波浪斜角；
[0007]从所有组光线在水面上形成的点覆盖的区域中，排除反射异常的子分区、发生全反射的子分区、以及该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区；
[0008]结合子分区的波浪斜角调整水下设备光束发出的角度，使光束从剩余子区域射出。
[0009]优选的，所述水平斜角γ的计算方式为：
[0010][0011]其中，α1和α2分别为水下设备发射的同一组两束光线与所述铅垂线的夹角；一组两束光线与水面形成两点中，其中一个点到水下设备的距离为L1，另一个点到水下设备的距离为L2。
[0012]优选的，所述反射异常的子分区为：
[0013]反射光功率偏离平均反射功率30％的子分区。
[0014]优选的，所述该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区为：
[0015]该两点到水下设备距离偏离深度平均值30％的子分区。
[0016]优选的，发生全反射的子分区的判断依据为：
[0017][0018]其中，n1为信号光在水中的折射率，n2为信号光在空气中的折射率，θ为光束相对于水面法线的夹角。
[0019]优选的，调整水下设备光束发出的角度，遵循光束发出时相对于水下设备铅垂线的夹角为γ
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θ：
[0020][0021]优选的，水下设备包括同位置设置的TOF传感器，通过所述TOF传感器向水面发射多组光线，每组光线照射到水面形成两点；所述TOF传感器还用于接收水面上两点返回的光，并计算水下设备分别到两点之间的距离。
[0022]另一方面，还提供一种水下光通信发射系统，包括水下设备，所述水下设备包括：
[0023]TOF传感器模块，用于发射多组光线，每组光线为两束光线，且每组光线照射到水面形成的两点与水下设备的铅垂线共面；还用于获得该两点到水下设备距离；
[0024]计算模块，用于根据每组光线在水面形成的两点、以及该两点到水下设备距离，计算该两点连线间的水平斜角γ，将两点连线间的水面区域作为子分区，所述水平斜角γ作为其所在子分区的波浪斜角；还用于从所有组光线在水面上形成的点覆盖的区域中，排除反射异常的子分区、发生全反射的子分区、以及该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区；
[0025]控制模块，用于结合子分区的波浪斜角调整水下设备光束发出的角度，使光束从剩余子区域射出。
[0026]优选的，所述水平斜角γ的计算方式为：
[0027][0028]其中，α1和α2分别为水下设备发射的同一组两束光线与所述铅垂线的夹角；一组两束光线与水面形成两点中，其中一个点到水下设备的距离为L1，另一个点到水下设备的距离为L2；
[0029]所述反射异常的子分区为：反射光功率明显偏离平均反射功率30％的子分区；
[0030]所述该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区的依据为：偏离深度平均值30％的子分区；
[0031]优选的，发生全反射的子分区的判断依据为：
[0032][0033]其中，n1为信号光在水中的折射率，n2为信号光在空气中的折射率，θ为光束相对于水面法线的夹角；
[0034]调整水下设备光束发出的角度，遵循光束发出时相对于水下设备铅垂线的夹角为γ
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θ：
[0035][0036]上述技术方案中的一个具有如下有益效果：
[0037]首先水下设备通过TOF传感器测得该水校设备到水面距离、以及波浪起伏角度(即波浪斜角γ)，然后调整水下设备发射信号光的角度，使信号光避开全发射和浪花干扰，使光束经过水面折射后以稳定的角度指向空中接收端。本专利技术可以避免因水面波浪造成的接收困难，保证水下设备在水面波浪起伏时仍能够维持可靠的对空中通信。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例水下光通信发射方法流程图；
[0039]图2为本专利技术实施例中TOF传感器每组光线照射到水面形成两点的示意图；
[0040]图3为本专利技术实施中TOF传感器向空中接收端发射光线的发射角。
具体实施方式
[0041]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0042]TOF(Time of Flight飞行时间)传感器是一种距离传感器，通过向目标连续发送光脉冲或强度调制连续波，然后接收从物体返回的光，通过探测这些发射和接收光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。ToF传感器包括发射照明模块和感光接收模块两部分核心模块，根据这两大核心模块之间的相互关联来生成待测物体表面的距离和深度信息。TOF传感器结构紧凑，直接输出深度信息，误差小(cm级别)，抗干扰性强，由于材料和工艺成熟，价格也比较便宜。
[0043]为了改善水
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空气光通信系统的通信性能和鲁棒性，需要动态的跟踪水面波动情况并控制水下设备的光束发送角度，避开水面泡沫区域和会发生全反射的区域，同时调整发送角保持折射后光束稳定指向空中接收端。
[0044]TOF传感器可以用于水下环境，从水下短距离探测水面波动起伏情况，因此可以通过分析找出最适合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下光通信发射方法，其特征在于，包括：水下设备发射多组光线，每组光线为两束光线，且每组光线照射到水面形成的两点与水下设备的铅垂线共面，根据每组光线在水面形成的两点、以及该两点到水下设备距离，计算该两点连线间的水平斜角γ，将两点连线间的水面区域作为子分区，所述水平斜角γ作为其所在子分区的波浪斜角；从所有组光线在水面上形成的点覆盖的区域中，排除反射异常的子分区、发生全反射的子分区、以及该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区；结合子分区的波浪斜角调整水下设备光束发出的角度，使光束从剩余子区域射出。2.如权利要求1所述的水下光通信发射方法，其特征在于，所述水平斜角γ的计算方式为：其中，α1和α2分别为水下设备发射的同一组两束光线与所述铅垂线的夹角；一组两束光线与水面形成两点中，其中一个点到水下设备的距离为L1，另一个点到水下设备的距离为L2。3.如权利要求1所述的水下光通信发射方法，其特征在于，所述反射异常的子分区为：反射光功率偏离平均反射功率30％的子分区。4.如权利要求1所述的水下光通信发射方法，其特征在于，所述该两点到水下设备距离明显偏离深度平均值的子分区为：该两点到水下设备距离偏离深度平均值30％的子分区。5.如权利要求1所述的水下光通信发射方法，其特征在于，发生全反射的子分区的判断依据为：其中，n1为信号光在水中的折射率，n2为信号光在空气中的折射率，θ为光束相对于水面法线的夹角。6.如权利要求5所述的水下光通信发射方法，其特征在于，调整水下设备光束发出的角度，遵循光束发出时相对于水下设备铅垂线的夹角为γ
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θ：7.如权利要求1
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6任一所述的水下光通信发射方法，其特征在于，水下设备包括同位置设置的TOF...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，杨超，罗鸣，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：