[發明專利]一種跳時隙的激光水下致聲數字通信系統與方法

有效

• 申請號: 201810185957.6
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108462538B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 蔣紅艷;何寧;顧劍飛;陶帥
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B10/516;H04B10/524;H04B10/50
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 周雯

一種跳時隙的激光水下致聲數字通信系統與方法，該系統包括發射系統：數據基帶編碼輸入模塊、可變時隙編碼處理模塊、激光器驅動模塊及激光器，還包括接收系統：水聲采集器、水聲信號放大整形模塊、可變時隙信號解碼處理模塊，發射系統及接收系統配合在大氣信道和水下信道下實現數字通信功能。該方法包括步驟：（1）對待傳信息進行信息分幀編碼；（2）輸出具有導行碼的可變長數據幀編碼，輸出間隔不同的脈沖激光，獲得可變時隙激光輸出信號；（3）將激光能量信號轉換為水下聲波信號；（4）聲波信號轉為電信號，放大后整形輸出到數字解調模塊；（5）數字解調模塊進行信號解碼后輸出顯示。本發明利于信號的靈活發送、接收及安全可靠通信。

技術領域

本發明涉及光通信領域和水聲通信領域，具體涉及一種跳時隙的激光水下致聲數字通信系統與方法。

背景技術

隨著人們海洋活動的日益頻繁，水聲通信已不再局限于軍事領域，而是廣泛擴展到民用領域，通信的海洋應用拓展使水下通信的需求大為增加，同時也對通信技術有著越來越高的要求。在浩瀚的海域中，光波和電磁波在其中的傳播衰減都非常大，傳輸距離十分有限，遠不能滿足人類日益活躍的海洋活動對通信的需要；利用藍綠激光實現的海洋通信要求通信雙方在視距下進行，同時傳輸光路復雜，接收對準技術要求高；利用電磁波實現的海洋通信要求水下目標定期浮到天線露出水面的深度，導致其通信目標的隱蔽性降低，因而也限制了這類海洋通信的發展。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所解決的問題是克服傳統藍綠激光和海洋水聲通迅不足，提供一種安全性好、移動組網靈活、通信鏈路簡單的數字通信系統及方法

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種跳時隙的激光水下致聲數字通信系統，包括發射系統及接收系統，所述發射系統包括依次連接的數據基帶編碼輸入模塊、可變時隙編碼處理模塊、激光器驅動模塊及激光器，所述接收系統包括依次連接的水聲采集器、水聲信號放大整形模塊、可變時隙信號解碼處理模塊；

所述數據基帶編碼輸入模塊實現數據或語音信息的字節編碼和電平轉換；

所述可變時隙編碼處理模塊完成接收基帶編碼信號的時隙編碼處理、導行碼分配和時隙幀組合，即在發送數據的前端加入表明數據時隙類型的導行碼組成通信幀，通過將數字信息加載于不同時隙數的脈沖位置組成的脈沖編碼來控制激光器發射激光；

所述激光器驅動模塊提高激光器驅動能力，完成激光器調制時隙碼輸出；

所述激光器受控于時隙編碼信號，實現激光信號發送；

所述水聲采集器完成激光聲信號采集；

所述水聲信號放大整形模塊對水聲采集器采集信號進行放大整形處理；

所述可變時隙信號解碼處理模塊完成不同時隙幀信息解碼還原處理；

所述發射系統及接收系統相互配合在大氣通信信道和水下聲通信信道下實現數字通信功能。

本發明工作原理：發射系統，通過將數字信息加載于不同時隙數的脈沖位置組成的脈沖編碼來控制激光器發射激光，利用納秒級的窄脈沖激光器，配合脈沖位置調制方式，可具有瞬時大功率、窄脈沖、寬頻帶、高峰值能量，有利于提高光聲轉換效率和接收信噪比，保證一定的激光脈沖能量，在發送數據的前端加入表明數據時隙類型的導行碼組成通信幀；接收系統通過導行碼判斷當前接收到的數據時隙類型，再根據時隙位置狀態判斷后面的脈沖代表的實際數據，完成通信的數據解碼，并送輸出電路顯示，同時通過串口實時上傳PC監控。

上述方案中，所述可變時隙編碼處理模塊以單片機為核心，用于完成時隙編碼處理、導行碼分配、時隙幀組合和調制脈沖歸零碼生成。

采用本發明的技術方案有益效果：

（1）激光器輸出隨機變化的脈沖位置調制信號，且信號呈現無規律狀態，能夠有效降低截獲被破譯的概率，減少數據丟失比率，更有利于安全可靠通信；