引用本文:

马春波,吴宜欣,敖珺. 基于光电阵列的水下定位通信一体化系统设计[J]. 光通信技术,2020,44(7):7-10.

基于光电阵列的水下定位通信一体化系统设计

马春波,吴宜欣,敖 珺*

(桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林 541004 )

【下载PDF全文】 【下载Word】

摘要:针对无人潜航器(UUV)在水下容易受复杂环境的干扰而造成相对光源姿态偏转,使定位与通信受影响的问题,提出了一种基于曲面阵列的水下定位通信方案,依此方案设计了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)为处理核心的水下定位通信系统,并对系统进行了测试。测试结果表明:此系统能够精确估计出接收端相对光源的姿态并做出调整,在调整姿态后其通信性能具有明显提升。

关键词:无人潜航器;水下定位通信;曲面阵列;光通信;姿态调整

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)07-0007-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.07.002

0 引言
        随着对海洋环境探测的不断深入,人们对处理水下任务(如管道检查)、水深探测以及军事行动(例如扫雷、海港监视和反潜战)的要求越来越高。然而,无人潜航器(UUV)在返航时易受到水下浮力或外界复杂因素的干扰,导致姿态发生变化而无法进入对接站和探测器,与光源轴线相对角过大,造成误码率升高而无法通信。因此,对UUV在返航时的定位并调整姿态就显得尤为重要。
自20世纪90年代以来,人们针对关于水下UUV与对接站的归航设计提出了许多方案,由于声呐的定位能力不足,应用最广的是结合用于远距离归航的声呐定位和用于近距离的光学定位进入对接站的方案。但是,使用四象限器或平面阵列最多只能测量3个自由度的运动状态,而不是UUV的全部机动能力。因此,光学检测的设计至关重要。由于曲面阵列具有几何形状构造(曲率和扁率)的特点,曲面阵列更适合感知在相对光源姿态发生变化时的光场。目前,曲面阵列上光电探测器分布规则大多为等间距分布,而定位精度与曲面阵列上探测器的分布间距密切相关。针对定位精度问题,本文提出一种光电探测器在曲面阵列上呈非等间距分布的方案,并设计一套基于曲面阵列的水下定位通信系统。

4 结束语
       本文设计了一种能达到最佳定位精度的水下曲面阵列接收机模型,该模型可满足不同应用领域(如水下定位、通信)的需求,并对比仿真了其在不同偏转角度下的通信性能。同时,基于该水下定位技术设计了一套基于光电阵列的水下定位通信一体化系统,对系统进行了定位和通信测试(采用4PPM调制,每个时隙的脉冲宽度为500 μs),在完成姿态调整后开始通信,通信距离为40 cm。以上实验参数根据所使用光电器件的特性设定,若采用响应度特性更优的器件,通信距离与通信速率均能提升,并且通信误码率可进一步降低。