【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下无线光通信的，尤其涉及一种水下自适应无线光通信装置及方法。
技术介绍
1、随着可开发的陆地资源日趋匮乏，多数国家将开发利用海洋资源作为重大发展战略。然而，在信息化、大数据时代的今天，传统的水下声波通信因通信速率低、体积大、成本高、多普勒效应显著等问题，已不满足发展需求。相反的，水下无线光通信以其速度高、体积小、成本低、容量大等优点崭露头角，发展势头良好。
2、水下无线光通信较有线光通信、大气无线光通信相比，特殊性在于水下信道的复杂性、不可见性、不易操作性。尤其湖、泊、深海等水域，水下信道极其复杂，受湍流、气泡、浮游物、扬尘等不确定因素影响很大，加之水上作业难度大，设备上浮下潜周期长维护成本高，诸多因素对水下通信设备的环境适应性提出严峻考验。
3、通信速率、通信距离、通信角度、通信链路稳定性是衡量水下无线光通信的重要指标，而影响这些重要指标的参数主要为发射光功率、通信速率、探测灵敏度。目前，多数水下无线光通信设备采用的是固定参数，这导致只能适用于某一特定水下信道环境，一旦信道环境发生变化，如湖环境换为海环境，则设备无法正常通信。有的水下无线光通信设备采用预先标定法，提前取样相关水质用于标定设备参数，该方法不能适用于水下信道因湍流等突发因素而产生的变化，也不能适用于水下移动过程中保持有效通信的场景，欠缺实时性。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种具有实时环境感知能力，并能自动进行系统参数自适应的无线光通信装置及方法，它可以实时监测水下信道环境
2、一种水下自适应无线光通信装置，包括相互通信的两个全双工通信终端，每个全双工通信终端包括发射端和接收端；
3、其中发射端包括阵列光源模块、光源驱动模块、驱动电流调节模块、位于信号处理模块中的调制编码单元；接收端包括光电探测模块、探测灵敏度调节模块、信号放大整形模块、信号处理模块；
4、阵列光源模块：光源选用若干个ld或led，若干个光源按圆形或方形阵列排布，每个光源被独立控制开关和亮暗程度，用于自由调节发射光功率的效果；每个通信终端选用不同波长的光源，避免全双工通信下的自干扰问题；
5、光源驱动模块：用于接收来自信号处理模块产生的电信号，并转换为能够被阵列光源识别的电流信号；采用与阵列光源对等的多通道排布，使得每个光源能够被独立控制；
6、驱动电流调节模块：用于接收来自信号处理模块的数字型控制指令，经过数模转换后，作用于光源驱动模块，使得光源驱动模块产生合适的电流驱动阵列光源发光；
7、光电探测模块：用于接收来自水下信道的光信号，并转换为电信号供后续处理；
8、探测灵敏度调节：包含数模转换电路，用于接收来自信号处理模块的数字值，转为电压模拟值作用于光电探测模块，可以量化调节光电探测模块的高压值，进而调整光电探测模块的灵敏度；
9、信号放大整形模块：用于通过放大电路对光电探测电信号进行无失真放大，通过整形电路，改善电信号的包络起伏和畸变，整形后波形送至信号处理模块；
10、信号处理模块：该模块的功能一为将待传送信息进行调制编码发送出去，对接收信息进行解调解码还原回来，完成通信的信息传输；功能二是通过信噪比监测模块实时计算信道环境，指导灵敏度自适应模块调整自身光电探测器灵敏度，指导发射功率自适应模块调整对方发射功率，指导速率自适应模块调整两通信终端的调制方法，进而改变通信速率；摄像头或电脑端的待传送信息经过通信接口传送至信号处理模块。
11、一种水下自适应无线光通信方法，来自上位机或摄像头的待传送信息，先通过通信接口送给信号处理模块完成调制和编码后转为电信号，经光源驱动模块转为电流信号，驱动阵列光源模块发光；接收端探测器完成光电信号转换后，经过信号放大和波形整形，送给信号处理模块进行解调解码后上传至信息接收设备；信号处理模块负责实时监测信道情况，计算信噪比，并根据信噪比决定是否进行接收端光电探测器灵敏度调节，是否进行两端通信速率调节，以及是否需要告知对面终端进行发射光功率调节。
12、本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
13、1、本专利技术的水下自适应无线光通信装置采用全双工通信终端，通信终端收发一体，结构对等，不分主次，发射端光源为不同波长，接收端采用滤波片滤除自干扰，可以支持可靠的全双工通信，是实现两通信终端参数自适应的重要设计保障。
14、2、本专利技术的水下自适应无线光通信装置的发射端，采用阵列光源排布，每个光源与光源驱动模块一一对应，并配有驱动电流调节模块，使得每个光源可被独立控制开关和亮暗程度，可以起到自由调节发射光功率的效果。
15、3、本专利技术的水下自适应无线光通信装置的接收端，光电探测器配备探测灵敏度调节模块，可以自由调节光电探测灵敏度。
16、4、本专利技术的光电探测器灵敏度调节方法自通信终端上电开始，可以在整个通信过程中实时进行，不影响正常通信，实时性高，能应对信道突发状况或移动通信中的信道环境变化。
17、5、本专利技术的通信速率调节方法通过光链路完成两通信终端的速率匹配，适用于距离过远、水质过差光衰减过大、距离过近等极端情况下的通信状态的挽救与保持。
18、6、本专利技术的发射光功率调节方法利用装置的双工通信优势，通过光链路完成发射端功率自适应，克服了两通信终端相隔距离较远时的信息交互问题，可灵活调节两终端的发射光功率，解决了单向通信装置无法进行对端参数调节的问题。发射功率自适应方法同样可以在整个通信过程中实时进行，不影响正常通信。
19、7、本专利技术的光电探测器灵敏度调节方法和发射光功率调节方法相互独立，互不影响，实现简单，非常适用于工程应用，能使通信装置在信道发生突变或缓慢变化时，始终保持通信链路，当探测灵敏度自适应和发射功率自适应均不能完成通信保持时，通信速率自适应方法可以通过改变调制格式，挽救与保持通信链路。
20、8、本专利技术的光电探测器灵敏度调节方法、发射光功率调节方法、通信速率调节方法，共用信噪比监测模块，信噪比监测实时标定噪声水平和信号幅值，实现简单，无复杂运算。
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1.一种水下自适应无线光通信装置，其特征在于包括相互通信的两个全双工通信终端，每个全双工通信终端包括发射端和接收端；
2.根据权利要求1所述的水下自适应无线光通信装置，其特征在于上述光电探测模块包含滤波片、透镜和光电探测器；滤波片滤除自身后向散热光，经透镜传输至光电探测器。
3.根据权利要求1所述的水下自适应无线光通信装置，其特征在于上述信号处理模块采用高速AD芯片加FPGA的设计架构，高速AD芯片用于信道环境采样，FPGA用于高速并行数据处理。
4.基于权利要求1-3任一项所述的水下自适应无线光通信装置的通信方法，其特征在于：来自上位机或摄像头的待传送信息，先通过通信接口送给信号处理模块完成调制和编码后转为电信号，经光源驱动模块转为电流信号，驱动阵列光源模块发光；接收端探测器完成光电信号转换后，经过信号放大和波形整形，送给信号处理模块进行解调解码后上传至信息接收设备；信号处理模块负责实时监测信道情况，计算信噪比，并根据信噪比决定是否进行接收端光电探测器灵敏度调节，是否进行两端通信速率调节，以及是否需要告知对面终端进行发射光功率调节。
<...【技术特征摘要】
1.一种水下自适应无线光通信装置，其特征在于包括相互通信的两个全双工通信终端，每个全双工通信终端包括发射端和接收端；
2.根据权利要求1所述的水下自适应无线光通信装置，其特征在于上述光电探测模块包含滤波片、透镜和光电探测器；滤波片滤除自身后向散热光，经透镜传输至光电探测器。
3.根据权利要求1所述的水下自适应无线光通信装置，其特征在于上述信号处理模块采用高速ad芯片加fpga的设计架构，高速ad芯片用于信道环境采样，fpga用于高速并行数据处理。
4.基于权利要求1-3任一项所述的水下自适应无线光通信装置的通信方法，其特征在于：来自上位机或摄像头的待传送信息，先通过通信接口送给信号处理模块完成调制和编码后转为电信号，经光源驱动模块转为电流信号，驱动阵列光源模块发光；接收端探测器完成光电信号转换后，经过信号放大和波形整形，送给信号处理模块进行解调解码后上传至信息接收设备；信号处理模块负责实时监测信道情况，计算信噪比，并根据信噪比决定是否进行接收端光电探测器灵敏度调节，是否进行两端通信速率调节，以及是否需要告知对面终端进行发射光功率调节。
5.根据权利要求4所述的水下自适应无线光通信装置的通信方法，其特征在于：光电探测器灵敏度调节方法为：其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓燕，谈继斌，王启龙，陈亮，张优，
申请(专利权)人：南京中科神光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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