激光致声下行水下声通信研究

摘要

激光致声作为产生水下声波的新方式,具有如频谱分布宽、距离分辨率高、海洋抗干扰能力强等诸多优点。针对水下声通信特点,本文利用海气信道建立空海水声通信实验模型,将无线光通信与水声通信相结合,依据激光致声机理,研究激光脉冲能量与转换声能量关系,分析水下致声信号谱特征和传输特性,通过激光致声体制的光跳频通信技术,探讨一种以激光声实现空中-水下目标间的信息传输方法。主要研究的内容如下:
　　从理论上分析了激光致声的三种转换机制,给出不同机制下激光声的数学模型,同时分析了激光声的强度、频谱及指向性,并对激光致声原理及应用技术进行描述。
　　对大气信道不同波长激光传输特性,水声信道信号传输特性和影响信号传输的诸多因素进行分析,为系统设计和实验提供参考依据。
　　采用波长1.06μm的Nd:YAG调Q型脉冲激光器、高灵敏度压电水听器建立下行空海水声通信系统室内测试平台,对激光调制、光声信号转换、声信号解调等关键技术进行研究。对采集的水声信号进行波形时域和频域分析,针对激光声时域特点,提出用于激光声通信平台的基频可调ASK通信帧结构及激光跳频通信方法,完成了用于验证系统的各部分软硬件设计,实现激光致声水下声信号传输实验。
　　实验测试结果显示,利用激光致声实现的空中-水下目标间的通信方式波形稳定性和通信实时性较好,可满足数字信息的实时有效传送。空海信道下的激光声通信具有较强的技术优势,是海洋通信的一种新途径。

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第一章 绪 论

§1.1 研究背景

§1.2水下通信的研究现状

§1.3 论文的选题意义及创新点

§1.4 论文结构

第二章 激光致声理论基础

§2.1 激光致声基本类型

§2.2 激光致声数学理论

§2.3 激光-声转换效率

§2.4 海水中的激光声

§2.5 本章小结

第三章 大气光信道及海洋声信道

§3.1 大气光信道信号传输特性

§3.2 海洋中信号传输特性

§3.3 海洋声信道特性

§3.4 本章小结

第四章 激光致声通信实验系统设计

§4.1 系统主要器件简介

§4.2 激光致声下行通信系统的硬件组成

§4.3 激光致声通信系统软件设计

§4.4 本章小结

第五章 系统测试与分析

§5.1 激光发射与水声接收电路测试

§5.2 数据传输测试

§5.3 本章小节

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果