[發明專利]基于水下光纜的水下航行體通信方法與系統

有效

• 申請號: 201110006252.1
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102075252A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 唐璜;肖倩;趙棟;吳紅艷
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B10/12
• 分類號: H04B10/12
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于利用光纖傳感技術，將布設在水下的光纜作為聲傳感器，構建聲傳感系統，用于接收水下航行體對其發出的聲信號，并將攜帶上述聲信號的光波傳輸到陸上基站，然后通過解調設備，還原信號，實現單向通信；其中：

所述聲傳感系統，是一種水下光纜（6）與光纖干涉組件（2）、反饋裝置（5）構成的干涉光路結構，還包括光電轉換及放大裝置（3）和數據處理分析終端（4）；光纖干涉組件（2）是由光纖器件構成的單元，光源（1）從光纖干涉組件（2）輸入，光纖干涉組件（2）將光源（1）注入的光進行處理后注入到水下光纜（6）中，從水下光纜（6）中返回重新進入光纖干涉組件（2）的光在光纖干涉組件（2）中發生干涉，干涉信號最終經光纖干涉組件（2）輸出，并從水下光纜（6）出射進入反饋裝置（5），經反饋裝置（5）處理后，重新進入水下光纜（6）中；?水下光纜（6）上的任一干擾點（7）處感應到的來自水下航行體發出的信號，由于光彈效應，使光纖產生微變，經干擾點（7）傳輸的光的相位會發生改變；干涉光路將相位的變化轉換為光強的變化，經光纖干涉組件（2）輸出；光電轉換及放大裝置（3）將光信號變成電信號，數據處理分析終端（4）對電信號進行處理、分析，從而獲得水下航行體傳送的信息。

2.根據權利要求1所述的基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于所述水下航行體發出信號，是以主動聲納換能裝置發出的聲信號，通過水的傳播，以聲壓的形式作用到水下光纜（6）上；或者是水下航行體駛近水下光纜（6）后，以機械方式直接對水下光纜（6）進行敲擊發出信號。

3.根據權利要求1所述的基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于所述光纖干涉組件（2）由N×M耦合器（8）、P×Q耦合器（9）、光纖延遲器（10）構成；光纖延遲器（10）的延遲為τ，N、M為整數，P、Q為整數；記8a1、8a2、…、8aN、8b1、8b2為N×M耦合器（8的端口，8a1、8a2、…、8aN是同向端口，共N個，8b1、8b2是N×M耦合器（8）的另一組同向M個端口中的兩個端口，9a1、9a2、9b1為P×Q耦合器（9）的端口，9a1、9a2是P×Q耦合器（9）的一組P個同向端口中的兩個端口，9b1是耦合器（9）的另一組Q個同向端口中的一個端口；作為感應光纖的水下光纜（6）接在P×Q耦合器（9）的端口9a1；在該結構中，形成兩路光：??

光路Ⅰ：端口8b1→光纖延遲器（10）→端口9a1→端口9b1→水下光纜（6）→反饋裝置（5）→水下光纜（6）→端口9b1→端口9a2→端口8b2；

光路Ⅱ：端口8b2→端口9a2→端口9b1→水下光纜（6）→反饋裝置（5）→水下光纜（6）→端口9b1→端口9a1→光纖延遲器（10）→端口8b1；

箭頭所指方向表示光經過的路徑；

這兩路光在N×M耦合器（8）處會和，發生干涉，干涉信號分別經端口8a1、8a2、…、8aN輸出。

4.根據權利要求3所述的基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于所述水下航行體傳送的信息包括下航行體的位置信息；該位置信息獲得方法如下：設水下航行器發出的信號對水下光纜（6）上的點（7）產生的相位調制為???????????????????????????????????????????????，由于反饋裝置（5）的作用先后兩次經過點（7），相位受到的調制為：

其中，，L為點7距反饋裝置（5）的距離，c為真空中的光速，為光纖的等效折射率；

兩相互干涉的光之間的相位差為：

在相位差的頻譜中，存在頻率陷落點，即陷波點，陷波點與擾動位置的關系為：

?

其中，為k階陷波點的頻率；根據陷波點的位置即可確定點（7）的位置，也即確定水下航行器的位置。

5.根據權利要求3所述的基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于所述聲傳感系統中的水下光纜是水下光纜中冗余的光纖，或者通過波分復用技術與通信信號復用的光纖通道。

6.根據權利要求3所述的基于水下光纜的水下航行體通信方法，其特征在于所述的光纖干涉組件、光電轉換及處理裝置、數據分析終端皆位于陸上基站的接收中心。