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水的光学特性及其对水下成像的影响 被引量:77
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作者 孙传东 陈良益 +2 位作者 高立民 张建生 卢笛 《应用光学》 CAS CSCD 2000年第4期39-46,共8页
首先对水的光学特性进行介绍 ,然后根据理论模型分析水的光学特性对水下成像的影响 ,最后从水下光照度的角度对水下光学成像的质量和影响因素进行分析。
关键词 水下成像 水下光学 学电成像 光学特性
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基于特定偏振态成像的水下图像去散射方法 被引量:15
2
作者 褚金奎 张培奇 +1 位作者 成昊远 张然 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1207-1215,共9页
为了实现对浑浊水下模糊图像的去散射处理,建立了水下偏振成像的物理模型,研究了水下散射对偏振光传输的影响,提出了一种基于特定偏振态的水下图像去散射方法。首先,使用偏振相机进行了浑浊水下的成像对比实验。然后,通过优化算法选定... 为了实现对浑浊水下模糊图像的去散射处理,建立了水下偏振成像的物理模型,研究了水下散射对偏振光传输的影响,提出了一种基于特定偏振态的水下图像去散射方法。首先,使用偏振相机进行了浑浊水下的成像对比实验。然后,通过优化算法选定了特定的偏振度和偏振角的最优成像区间,从而获得了去散射后的目标图像。最后,对不同情况下目标图像进行主观视觉和客观指标的评价和分析。实验结果表明:目标图像的主观视觉质量显著提升,客观评价指标的EME值提升幅度达455%,方差提升了124%和38%,平均梯度则提升19%和6%。本文的方法能简单有效抑地制浑浊水体的散射,增加图像对比度,改善图像质量。 展开更多
关键词 偏振成像 水下光学 散射 图像质量评价
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水下电视摄象系统的研制与开发 被引量:6
3
作者 奚立峰 蔡建国 +2 位作者 陈良益 王忠厚 陆玲明 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第6期129-132,共4页
论述了水下电视摄象系统中的光学设计、电气器件、精密机械设计、照明和与系统相关的综合因素.
关键词 水下电视摄象机 水下光学 光学设计 电气器件
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涉水光学 被引量:1
4
作者 李学龙 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期227-280,共54页
涉水光学(water-related optics)主要研究光与水的物质相互作用机理及光的跨介质传播机理,解决与涉水光学数据智能获取、信息传输及智能信号处理有关的各种问题,探索光学在涉水领域中应用的科学,是临地安防(vicinagearth security, VS)... 涉水光学(water-related optics)主要研究光与水的物质相互作用机理及光的跨介质传播机理,解决与涉水光学数据智能获取、信息传输及智能信号处理有关的各种问题,探索光学在涉水领域中应用的科学,是临地安防(vicinagearth security, VS)体系中水下安防的重要学科支撑.近年来,随着光学技术和智能科学的快速发展,光学在水体中的应用日渐突出,涌现出大量的涉水光学新理论、新技术,同时面临着新的机遇与挑战,对我国领水的防卫、防护、生产、安全、救援等具有重要的意义.本文系统介绍了光学技术在涉水领域中的数据获取、信息传输及智能信号处理,包括涉水光学中的传感、测量、成像、探测、通信、智能信号处理等研究方向.本文对现有涉水光学理论和技术进行了深入的思考,针对现有的科学技术现状,分析了涉水光学当前所面临的挑战,并展望了涉水光学的未来发展趋势. 展开更多
关键词 光与水相互作用 智能科学 海洋光学 水下光学 认知计算 水下安防 临地安防
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由粗到细的多级小波变换水下图像增强 被引量:7
5
作者 袁国铭 杨光 +2 位作者 王金峰 刘海军 王薇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期2939-2951,共13页
为实现水下降质图像的颜色校正和细节增强,提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强方法。首先,通过多级小波变换将水下图像分解为低频图像和一系列高频图像;随后,提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强网络,它包含基于多级小波... 为实现水下降质图像的颜色校正和细节增强,提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强方法。首先,通过多级小波变换将水下图像分解为低频图像和一系列高频图像;随后,提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强网络,它包含基于多级小波变换的图像增强子网络和二阶龙格库塔模块构建的细化子网络。基于多级小波变换的图像增强子网络用于估计水下图像增强的初步结果,它包括低频分支和高频分支。低频分支校正低频图像的颜色信息,它将颜色校正问题看作隐式的类型转化问题,并将类型转化中常用的实例归一化和位置归一化用于低频分支的颜色校正中。高频分支为了适应低频分支的操作,如实地增强高频图像的边缘和细节,联合低频分支处理时的信息以及高频图像,计算增强高频细节的掩模;逐步上采样掩模,并将其与各级小波变换获取的高频图像相乘,以增强细节。实施逆小波变换,获得初步增强的水下图像;最后,设计基于二阶龙格库塔模块的细化子网络,对初步增强的结果进一步细化。实验结果表明:在合成和真实水下图像上,本文算法较已有的水下图像增强算法,具有更好的增强效果,PSNR值的提升幅度达9%。满足水下视觉任务的颜色校正、细节增强、清晰化等要求。 展开更多
关键词 水下光学 小波变换 深度学习 颜色校正 龙格库塔
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水下大视场连续变焦光学系统设计 被引量:7
6
作者 曲锐 杨建峰 +1 位作者 曹剑中 刘博 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期226-232,共7页
针对现有水下光学系统中存在的主要不足,就某大视场水下连续变焦光系统指标要求,从水下光窗选型、光窗畸变、色差等的影响入手,分析了水下平板光窗引入的相对畸变和倍率色差特性,给出了相应的应对措施。结合水下工况对包络和工作距的要... 针对现有水下光学系统中存在的主要不足,就某大视场水下连续变焦光系统指标要求,从水下光窗选型、光窗畸变、色差等的影响入手,分析了水下平板光窗引入的相对畸变和倍率色差特性,给出了相应的应对措施。结合水下工况对包络和工作距的要求,给出了一种三组联动的变焦系统设计模型和相应调跟焦组件的设计方法;通过在PNNP型结构中引入像差稳定镜组,对动态像差做稳定和补偿,改善了光学结构的像差校正能力,同时规避了凸轮曲线断点问题;通过在物方侧镜组中设置调跟焦镜组,保证了变焦全程对近景目标的清晰成像。完成了一个4 K水下大视场连续变焦光学系统设计,该系统工作距为0.5 m~inf,设计波段为0.48~0.64μm,采用3 840×2 160高灵敏CMOS面阵探测器,像元大小为2μm,变焦全程F数最大恒定为2.8,可实现全视场5.9°~62°、10倍以上连续变焦功能,具有较短的变焦行程、平滑的变焦轨迹、优良的成像性能等优点。 展开更多
关键词 海洋光学 水下光学 变焦镜头 大变倍比 光学设计
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利用水下平行光管测量水下相机成像分辨率
7
作者 丁喆 吴国俊 +2 位作者 吴亚风 封斐 刘博 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期400-405,共6页
水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率... 水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率进行检测。通过仿真得出:水下平行光管在水中可见光和空气中单波长的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)基本一致。利用这一结论,提出了水下平行光管空气中装调检测的方法。针对实验室所研制的一款水下相机开展实验测试,其在水中可见光与空气中635 m光源照明条件下的分辨率相同。实验结果表明,所提出的基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测方法可有效消除水体对分辨率测量的影响,实现水下相机成像分辨率的准确测量。 展开更多
关键词 水下光学 分辨率测量 水下平行光管 水下相机 色差
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基于大气多次散射的波浪水下偏振模式研究 被引量:1
8
作者 顾敬桥 李高杰 +1 位作者 胡鹏伟 钱建强 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1324-1332,共9页
太阳光经大气散射与水面折射后会形成有一定分布特性的水下偏振光,利用水下偏振光的偏振分布模式可实现水下导航。本文提出了基于波浪水面下偏振光分布模式的气-水模型,可用于计算大气多次散射后波浪折射影响下水下偏振光的偏振分布模... 太阳光经大气散射与水面折射后会形成有一定分布特性的水下偏振光,利用水下偏振光的偏振分布模式可实现水下导航。本文提出了基于波浪水面下偏振光分布模式的气-水模型,可用于计算大气多次散射后波浪折射影响下水下偏振光的偏振分布模式。模拟并对比分析了平静水面、正弦波浪与随机波浪下,不同太阳高度角的水下偏振光的偏振度和偏振角的分布图像,并通过水下实验进行了验证。水下偏振光模式模拟结果与实测结果的对比表明,利用该模型可以准确表征典型波浪水面下的偏振光分布模式特性,为提高水下偏振导航在水面波动条件下的环境适应性提供理论模型基础。 展开更多
关键词 水下光学 折射 波动水面 天空偏振光
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水下成像镜头的光学设计 被引量:31
9
作者 孙传东 李驰 +1 位作者 张建华 陈良益 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1998年第5期5-11,共7页
水下光学成像技术,如水下摄影、水下电视、水下激光距离选通成像系统等,是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收等特殊的光学特性,以及使用环境的特殊性,使水下光学成像系统的设计和研制较陆上光学系统有更大的难度... 水下光学成像技术,如水下摄影、水下电视、水下激光距离选通成像系统等,是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收等特殊的光学特性,以及使用环境的特殊性,使水下光学成像系统的设计和研制较陆上光学系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键,及设计与使用水下光学成像系统时需注意的问题,最后给出了水下电视光学成像系统设计研制的实例。 展开更多
关键词 水下光学成像 水下摄影 光学系统 海洋光学
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海洋湍流随机相位屏模型 被引量:23
10
作者 杨天星 赵生妹 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1-6,共6页
提出一种海洋湍流随机相位屏模型。以海水折射率波动谱为基础,通过功率谱反演法将海洋湍流引起海水介质的折射率变化对传输光束产生的影响等效为随机相位屏对光束的影响,并利用相位结构函数和轨道角动量光束在海洋湍流中的传输特性验证... 提出一种海洋湍流随机相位屏模型。以海水折射率波动谱为基础,通过功率谱反演法将海洋湍流引起海水介质的折射率变化对传输光束产生的影响等效为随机相位屏对光束的影响,并利用相位结构函数和轨道角动量光束在海洋湍流中的传输特性验证该模型的有效性。研究结果表明:在光束折射率偏移量较小时,由随机相位屏模型获得的相位结构函数仿真值与理论值可较好地吻合;由随机相位屏模型获得的轨道角动量光束传输特性也与理论分析结果相一致。 展开更多
关键词 海洋光学 海洋湍流相位屏 功率谱反演 水下光通信 轨道角动量
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水下图像处理技术研究综述 被引量:14
11
作者 林明星 代成刚 +2 位作者 董雪 张东 管志光 《测控技术》 2020年第8期7-20,共14页
随着自主式水下机器人的发展,水下探测技术成为新的研究热点。然而,吸收效应和散射效应导致水下获取的图像存在雾化和色彩偏差等缺陷。降质的水下图像在一定程度上降低了水下目标识别的准确性。为了改善水下图像质量,国内外学者对水下... 随着自主式水下机器人的发展,水下探测技术成为新的研究热点。然而,吸收效应和散射效应导致水下获取的图像存在雾化和色彩偏差等缺陷。降质的水下图像在一定程度上降低了水下目标识别的准确性。为了改善水下图像质量,国内外学者对水下图像处理方法进行了深入研究。因水下图像处理方法对提升水下目标识别准确性具有良好的促进作用,故其具有重要的研究与分析价值。介绍了水下成像模型,分析了水下图像视觉质量下降的原理;根据水下物理成像模型将水下图像处理方法分为水下图像增强与水下图像复原,并分别对两类方法的研究现状进行分析与归纳;最后,总结与讨论了各类方法的优缺点,并展望了未来的发展方向。 展开更多
关键词 水下光视觉成像 水下光视觉信号处理 水下图像增强 水下图像复原
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水下无线通信技术的现状与发展 被引量:12
12
作者 梁涓 《中国新通信》 2009年第23期67-71,共5页
本文分析了水下电磁波通信、水声通信和水下光通信这三种水下无线通信技术的特点,提出了未来水下无线通信技术的发展方向。
关键词 水下无线通信 水下电磁波通信 水声通信 水下光通信 军事通信
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基于数字信号处理机的水下光通信收发系统设计及分析 被引量:13
13
作者 胡秀寒 周田华 +2 位作者 贺岩 朱小磊 陈卫标 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期123-129,共7页
设计了一种基于数字信号处理机(DSP)的高速高可靠性水下光通信收发系统,并分析了调制时序和信号处理过程。在收发机中,DSP完成待发送信息的里德-所罗门码编码和接收信息的滤波、门限判决、解调解码,现场可编程门阵列(FPGA)完成编码后信... 设计了一种基于数字信号处理机(DSP)的高速高可靠性水下光通信收发系统,并分析了调制时序和信号处理过程。在收发机中,DSP完成待发送信息的里德-所罗门码编码和接收信息的滤波、门限判决、解调解码,现场可编程门阵列(FPGA)完成编码后信息的脉冲位置调制(PPM)。针对激光脉冲水下传输后脉宽展宽小于100ns,激光重复频率偏离均值小于15%的情况,讨论了不同伽罗华域和PPM信息发送速率的关系;分析了收发机的各环节信号处理速度和各接口通信速度。结果表明,收发系统能够实现全双工的实时通信,通信速率可达73kbit/s,可用于实时传输语音和图像等多媒体信息。最后利用Matlab对激光脉冲在Ⅱ类水质中传输100m后到的激光脉冲形状进行了仿真,同时对FPGA发送的一帧数据的电平时序以及模数转换器(ADC)采样得到的一帧数据的采样序列进行了模拟。设计的收发系统为今后水下光通信系统的设计与实现提供了一定的参考。 展开更多
关键词 光学设计 水下光通信 数字信号处理机 里德-所罗门码 脉冲位置调制
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水下通信技术及其难点 被引量:10
14
作者 韩东 贺寅 +1 位作者 陈立军 李利 《科技创新与应用》 2021年第1期155-159,共5页
水下兵力和武器装备,以及水下信息传输保障力量是水下作战的关键要素,水下通信是在这些装备、设备之间构建通信链路,实现有效的信息传输。首先,全面梳理潜艇、蛙人、水雷、鱼雷、潜标、无人潜航器等水下通信需求和通信方式。其次,概述... 水下兵力和武器装备,以及水下信息传输保障力量是水下作战的关键要素,水下通信是在这些装备、设备之间构建通信链路,实现有效的信息传输。首先,全面梳理潜艇、蛙人、水雷、鱼雷、潜标、无人潜航器等水下通信需求和通信方式。其次,概述水下通信的四种技术,即有线通信、水声通信、光通信、无线电通信。最后,针对各类装备和设备,分析水下通信所面临的难点问题。 展开更多
关键词 水下通信 水下有线通信 水声通信 水下光通信 水下无线电通信
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单光子探测在无线光通信收发技术中的应用 被引量:9
15
作者 万超 郝浩 +11 位作者 赵清源 刘浩 李聪 陈特 曹桂兴 涂学凑 张蜡宝 贾小氢 康琳 陈健 王华兵 吴培亨 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第5期1-16,共16页
针对无线光通信中的收发技术,从空间光通信和水下光通信两方面梳理相关的研究进展,根据不同场景从通信波段、调制方式、光电探测器三个方面总结无线光通信收发技术的发展趋势,分析单光子探测在无线光通信中的应用前景,并报道了本研究组... 针对无线光通信中的收发技术,从空间光通信和水下光通信两方面梳理相关的研究进展,根据不同场景从通信波段、调制方式、光电探测器三个方面总结无线光通信收发技术的发展趋势,分析单光子探测在无线光通信中的应用前景,并报道了本研究组将串联型超导纳米线单光子探测器应用于空间光通信取得的结果,为相关研究工作的开展提供借鉴和思路。 展开更多
关键词 光通信 无线光通信 空间光通信 水下光通信 光电探测器 单光子探测 调制解调
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Gamma-gamma海洋各向异性湍流下脉冲位置调制无线光通信的误码率研究 被引量:11
16
作者 贺锋涛 杜迎 +3 位作者 张建磊 房伟 李碧丽 朱云周 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第16期230-238,共9页
采用脉冲位置调制(pulse position modulation, PPM)的水下激光通信系统模型,根据弱大气湍流球面波闪烁指数与弱海洋湍流球面波闪烁指数相等的关系,推导出海洋湍流参数和各向异性因子表示的结构参数,利用该结构参数结合已有大气湍流中... 采用脉冲位置调制(pulse position modulation, PPM)的水下激光通信系统模型,根据弱大气湍流球面波闪烁指数与弱海洋湍流球面波闪烁指数相等的关系,推导出海洋湍流参数和各向异性因子表示的结构参数,利用该结构参数结合已有大气湍流中的平均光功率公式,计算各向异性海洋湍流的平均光功率;此外,基于PPM通信系统误码率(bit error rate, BER)公式、gamma-gamma湍流信道和渐近Rytov理论,数值模拟研究了在不同的各向异性海洋湍流下,海洋湍流参数、平均雪崩光电二极管(avalanche photodiode, APD)增益、PPM调制阶数M、数据比特率对误码率的影响.结果表明,随着温度与盐度对功率谱变化贡献之比、温度方差耗散率和比特率的增加,误码率增大;当黏度系数增加时,误码率减小;但是随着平均APD增益的增加,误码率先减小后增大;当海洋湍流各向异性增大到一定程度时,误码率并不随着湍流动能耗散率的增加而一直减小;海洋湍流的各向异性因子越强,误码率越小. 展开更多
关键词 水下光通信 误码率 各向异性海洋湍流 GAMMA-GAMMA 分布
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蛙人协作中的水下无线光通信邻居发现方法 被引量:10
17
作者 赵太飞 王晶 +1 位作者 张杰 江亮 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期54-61,共8页
针对蛙人在水下协作执行任务时保持良好通信的需求,研究采用无线光通信技术的节点邻居发现方法。由于光束具有方向性,为了保证邻居发现效果,基于无线光水下传播特性设计半球形通信节点结构,通过成对使用的方式完成对蛙人周围三维空间的... 针对蛙人在水下协作执行任务时保持良好通信的需求,研究采用无线光通信技术的节点邻居发现方法。由于光束具有方向性,为了保证邻居发现效果,基于无线光水下传播特性设计半球形通信节点结构,通过成对使用的方式完成对蛙人周围三维空间的覆盖。在半球形节点结构基础上研究采用握手交互信息帧的邻居发现协议,通过发光二极管(LED)逐向扫描发送交互信息的方式,可以不依靠外部定位信息发现相邻蛙人节点。针对蛙人在运动状态下通信链路容易发生中断的问题,研究通信链路的跟踪保持方法。仿真结果表明,在合理选择节点结构参数的情况下,邻居发现方法能有效发现邻居节点,建立通信链路,跟踪保持方法也能显著降低通信链路的中断次数。 展开更多
关键词 光通信 水下光通信 蛙人协作 节点设计 邻居发现协议 跟踪保持方法
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基于LDPC和PPM的水下光通信性能分析 被引量:10
18
作者 杜劲松 周田华 +1 位作者 陈卫标 胡芳仁 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第12期94-100,共7页
在水下光通信中,信号在海水信道中衰减极大,严重影响通信系统的可靠性,因此必须采用优秀的纠错码来降低数据传输的误码率。将低密度奇偶校验码(LDPC)与脉冲位置调制(PPM)相结合,建立水下光通信系统模型,在原有的PPM软解调基础上进行简化... 在水下光通信中,信号在海水信道中衰减极大,严重影响通信系统的可靠性,因此必须采用优秀的纠错码来降低数据传输的误码率。将低密度奇偶校验码(LDPC)与脉冲位置调制(PPM)相结合,建立水下光通信系统模型,在原有的PPM软解调基础上进行简化,降低计算的复杂度,便于硬件实现。简化后的方法由于不需要知道信道的详细特征,特别适合复杂的海水信道中软信息的提取。Matlab仿真分析比较简化前后系统的误码性能,结果表明,简化后的方法由于简化了软信息的提取,尽管相对于未简化方法造成了系统编码增益的下降,但相对于未编码情形来说仍然具有较高的编码增益;当PPM调制阶数较低时,简化后方法的误码性能甚至优于里德-所罗门码。总体而言,简化软解调的方案特别适合不同应用场合下的水下光通信。 展开更多
关键词 光通信 水下光通信 LDPC码 PPM调制 简化软解调
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双光源水下无线光通信系统的研究与实现 被引量:10
19
作者 梁赫西 沈天浩 +3 位作者 王振亚 曹聪 肖云 艾勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期312-320,共9页
随着海洋探测研究的不断深入,水下无线通信技术已成为制约其发展的关键。针对水下高速、远距离无线通信的需求,设计了一种面向海洋商用的水下双向链路通信系统。系统在发射端采用激光LD及LED双发射源,提出了双发射光源的系统设计方案,... 随着海洋探测研究的不断深入,水下无线通信技术已成为制约其发展的关键。针对水下高速、远距离无线通信的需求,设计了一种面向海洋商用的水下双向链路通信系统。系统在发射端采用激光LD及LED双发射源,提出了双发射光源的系统设计方案,并通过设计相应的驱动电路验证了方案的可行性;在接收端利用5 mm大面积APD及高灵敏度PMT双接收探测器接收光信号,适用于远距离、高速通信;系统的信息处理部分由FPGA完成,通过网络通讯方式与PC端进行信息交互;最后完成整个系统设计并进行了商用工程化。开展的水下模拟实验表明,系统在通信距离5 m、误码率10-7时,通信速率可达60 Mbps;在远距离通信60 m、误码率10-7时,通信速率达10 Mbps。 展开更多
关键词 水下光通信 激光LD LED 双向链路通信
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水下无线通信装备发展研究
20
作者 刘新宇 周恒 +1 位作者 葛锡云 焦慧锋 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期38-49,共12页
水下无线通信(UWC)装备提供水下环境中信息传递和数据交换的能力,是支撑海洋科学研究、水下组网监测、水下协同作业、海洋安全维护等应用的重要装备类型。本文从水声通信、水下光通信、水下电磁波通信、水下磁感应通信4类主要的UWC装备... 水下无线通信(UWC)装备提供水下环境中信息传递和数据交换的能力,是支撑海洋科学研究、水下组网监测、水下协同作业、海洋安全维护等应用的重要装备类型。本文从水声通信、水下光通信、水下电磁波通信、水下磁感应通信4类主要的UWC装备出发,深入剖析了各自面临的技术难点,全面梳理了相关装备的国内外发展现状,进而凝练了UWC装备未来发展趋势。着眼我国UWC行业发展,辨识了整体差距、底层共性问题、顶层体系等方面的发展困境,提出了攻关基础机理与共性问题、聚焦突破行业核心方向、明晰装备顶层体系架构、完善保障措施与扶持政策等发展建议。相关内容可为把握UWC装备发展态势、布局UWC装备研制与应用等提供参考和启示。 展开更多
关键词 水下无线通信 水声通信 水下光通信 水下电磁波通信 水下磁感应通信 装备体系
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