一种适用于水下的差分光通信装置及方法

技术领域

本发明属于水下光通信领域，尤其涉及一种适用于水下的差分光通信装置及方法。

背景技术

随着海洋探索技术的不断深入发展，人们对高速、远距离水下无线通信技术提出了更高的要求。近年来,随着水下通信速率需求的不断提升,传统的电磁波，声波等无线通信技术已经无法满足海洋通信的需求。空间光通信技术在水下通信领域的应用越来越广泛，水下无线光通信凭借传输速率高，容量大，功耗低，体积小等优点成为现在水下通信的研究热点。

然而海水是一个复杂的物理、化学、生物组合系统，它含有溶解物质、悬浮体和很多各种各样的活性有机体。由于海水中的物质和悬浮体的不均匀性，导致光波在水下传播过程中因吸收和散射作用而产生衰减。光波的水下传输特性是制约水下光学无线通信质量的重要因素之一,它对整个水下光学无线通信系统设计方案的确定产生着重要影响。

基于此，本申请提出一种适用于水下的差分光通信的方法，用于解决以上问题，延长通信距离，减少误码率。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种适用于水下的差分光通信的方法，可应用于水下光通信领域，无需测接收光光强的绝对值大小，只需测接收光的颜色，重点关注的是复合光源之间的光强比值，解决LED光在水下衰减大问题，延长通信距离，减少误码率。

本发明的目的是提供一种适用于水下的差分光通信的方法。

优选的，所述方法为对一个由两种颜色的基本光源所组成的复合光源进行编码和解码。

优选的，所述的两种颜色的基本光源为白光LED，一种为冷光源，另一种为暖光源。

优选的，所述的冷基本光源的色温范围为5000K以上；所述暖基本光源的色温范围为4000K以下。

优选的，所述PWM信号是频率不小于50赫兹的恒流方波信号。

优选的，所述的两种基本光源可以用占空比，光度量，色坐标和光色比来描述。

优选的，所述基础光度量或所述混合光光度量是光通量、光强度、光亮度或光照度中的任意一种物理量。

优选的，所述混合光源由发射端编码后发射，并在接收端接收后解码。

优选的，所述的发射端的编码公式为：

式中：x

优选的，所述接收端的解码公式为：

式中：x

优选的，所述的编码方法和所述的解码方法过程互逆。

本发明还提供了一种实现上述适用于水下的差分光通信的方法的装置，包括发射端和接收端，所述发射端发射光源，所述接收端接收发射端发射的光源，所述光源是由两种颜色的基本光源组成的复合光源。所述发射端包括依次信号连接的信号源、PWM调制器和冷暖LED。所述冷暖LED的发射端设置透镜一。所述接收端包括依次信号连接的光探测器和PWM解调器。所述光探测器的光接收端由外向内依次设有滤光片和透镜二。所述光探测器与PWM调制器之间连接有放大器。

本发明的有益效果：在水下光通信领域，根据差分的方法，不在测两束光强度的绝对值大小，而是测两束光占空比的比例。虽然有噪音，但只要衰减类似，则其比例几乎是一致的，可以提高通信系统。

附图说明

图1为本发明实施例的装置示意图；

图2为本发明实施例中的差分示意图；

图3为本发明编码和解码方法实施例的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例提供了一种适用于水下的差分光通信的方法，所述方法包括：

步骤S1：由PWM调制器是将信号源所发出的信号电平进行数字编码，并根据双光源的占空比来发送相应信号驱动冷暖LED。

步骤S2：由冷暖LED所发射的双光源在透镜的作用下，将光束调整为平行光束。

步骤S3：由通过水路的双光源经过滤光片以滤掉干扰光，之后通过透镜，将发散光束聚焦于光电探测器中。

步骤S4：由光电探测器所转换的电信号进入放大器进行放大处理。

步骤S4：由放大的电信号进入PWM解调器，还原为调制信号。

核心参数是两基本光源的占空比D，表示方波脉冲信号处于“开”状态时间占整个方波周期的比值。

所述冷暖LED包括能够发射色温小于4000K的白色暖光源和色温大于5000K的白色冷光源。

其中，所述光度量是光通量、光强度、光亮度或光照度中的任意一种物理量。

不同占空比的方波脉冲信号，基本光源的基础光度量不同，将占空比为100％时的基本光源的光度量为基础光度量，基础光度量记作为L

本实施例中编码和解码方法，如图3所示，所述的编码方法，以及所述的色解码方法，所述的编码方法和所述的解码方法过程互逆。

具体的，所述编码公式为：

式中：x

具体的，所述解码编码公式为：

式中：x

图2显示了本发明差分的方法，所述方法包括：两种方波信号。

核心参数是占空比D，表示方波脉冲信号处于“开”状态时间占整个方波周期的比值。

进一步的，所述的占空比为：

式中：t

进一步的，所述的占空比比例为：

式中：D

具体的，所述的色差方法为在水下光通信领域中，不在测量两种光源的强度大小，而是测量两种光源的占空比比值。虽然有噪音，但只要衰减类似，则其比例几乎是一致的。

本实施例还提供了一种适用于水下的差分光通信装置，如图1所示，包括发射端和接收端，所述发射端发射光源，所述接收端接收发射端发射的光源，所述光源是由两种颜色的基本光源组成的复合光源。

所述发射端包括依次信号连接的信号源、PWM调制器和冷暖LED。

其中，由PWM调制器将信号源所发出的模拟信号电平进行数字编码，并根据双光源占空比之比来发送相应信号驱动冷暖LED。

进一步的，所述冷暖LED的发射端设置透镜一。复合光源在透镜一的作用下，将光束调整为平行光束。

进一步的，所述接收端包括依次信号连接的光探测器和PWM解调器。其中所述光探测器的光接收端由外向内依次设有滤光片和透镜二。

滤光片用于以滤掉干扰光，之后通过透镜二，将发散光束尽可能地聚焦于光电探测器中。其中，由光电探测器所转换的电信号进入放大器进行放大处理。并由放大的电信号进入PWM解调器，还原为调制信号。

上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。