[發明專利]聲光融合的水下通信鏈路建立機制與方法

在審

• 申請號: 201810094280.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108471328A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 黃浩;余莎莎;李岳彬;胡永明;顧豪爽
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B11/00;H04B13/02;G01S15/88
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;王玉

本發明公開了聲光融合的水下通信鏈路建立機制與方法，用于水下通信系統的建立。水下活動的設備、艦艇或海洋設備平臺均安裝有水聲換能器陣、發射換能器、可見光通信發射機、可見光通信接收機以及信號處理機。水聲通信系統中的水聲換能器與聲學應答器之間經長程超短基線系統實現設備與設備之間的定位。可見光通信系統使用藍綠激光光源，接收端實現自動對準模塊。信號處理機用來處理信號，實現通信過程中的自適應通信確認機制。本發明提供了聲光融合的水下通信鏈路建立機制與方法，在帶寬、數據傳輸速率、保密性、耗能和時延等方面均具有優勢。

技術領域

本發明涉及聲光融合的水下通信鏈路建立機制與方法，具體涉及水下通信中的聲音-激光融合的通信鏈路建立機制與方法，屬于水下無線通信技術領域。

背景技術

隨著陸地資源的不斷消耗，海洋的開發越來越具有特殊的戰略地位和軍事價值。潛艇、無人水下航行器和水下傳感器等水下設備在探索和爭奪海洋資源中起到關鍵作用，如果能在海域中建立可靠的水下通信鏈路將會對國家的軍事、經濟帶來更深的變革。目前水下通信設備常用水聲通信、超/甚低頻無線電通信和可見光通信。水聲通信傳輸速率最高只能達到150kb/s，其存在帶寬低，傳播時延大，受多徑干擾影響嚴重，誤碼率高，保密性差等問題；超/甚低頻無線電通信以低頻電磁波為信息載體，同樣也存在頻帶窄、通信容量小、通信速率太低等問題；可見光通信是以藍綠激光為信息載體的新型水下通信技術。

激光本身具有亮度高、方向性好、相干性強等特征，由于激光束的發散角小，方向性好，因此，激光通信所需的發射天線和接收天線的結構輕便。基于藍綠激光的水下光通信系統具有通信速率高、保密性強的優點，是中短距離大容量數據傳輸的有效手段，然而雖然其成本低，傳輸距離遠，但是存在穿透性差、傳輸易中斷等問題。

建立水下通信鏈路需要解決的首要問題是水下的通信連接問題。需要建立一套可靠的連接機制來確保水下通信鏈路的傳輸可靠性，并能夠適應水下環境的各種變化。

隨著光通信在水下通信系統中的普及，水下藍綠光通信成為近年來水下通信的主流通信手段。專利號為CN104702345A的中國發明專利《藍激光波水下通信設備》其核心即為一種藍激光波水下通信設備，可以實現潛艇|潛艇之間通信，也可以實現艦艇|潛艇之間通信，可以岸上(指揮)|潛艇之間通信。專利號為CN106452585A的中國發明專利《一種基于藍綠光源的高速水下通信系統》通過加入接收端自動對準模塊，可以實現短距離和長距離高速水下通信。

然而，這些水下通信系統存在如下兩方面的問題：其一是通信不可靠，無法在水下建立水可靠的通信鏈路。在通信之前無法確認雙方是否均可有進行通信，發送端無法知道信息是否被正確接收。無線通信質量不高的時候，出現通信中斷的情況，因此信息易丟失。其二是定位精度差，無法滿足水下通信的定位需求，且水下光定位實現難度較大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種聲光融合的水下通信鏈路建立機制及方法，可實現水下活動、水下作業的設備及終端之間的定位和通信，具有帶寬高、數據傳輸速率高、保密性強、耗能低和時延短的綜合優勢。

為解決上述技術問題，本發明采用技術方案：

一種聲光融合的水下通信鏈路建立機制，適用于水下通信，水下活動的設備、艦艇或海洋設備平臺可浮在水面上或潛入水下中，艦艇或海洋平臺設備在水下的某一部位上安裝有水聲通信系統，可見光通信系統和信號處理機；所述水聲通信系統包括：水聲換能器陣和聲學應答器，所述可見光通信系統包括：可見光通信發射機和可見光通信接收機，所述信號處理機用于處理信號，執行通信策略。

水聲通信系統中的水聲換能器與聲學應答器之間經長程超短基線系統實現設備與設備之間的定位，可見光通信系統使用藍綠激光光源，接收端實現自動對準模塊，信號處理機實現通信過程中的自適應通信連接機制。