引用本文:

李松朗,毛忠阳,刘传辉,等. 黄海海水透明度对蓝绿激光通信的影响研究[J]. 光通信技术,2020,44(3):6-9.

黄海海水透明度对蓝绿激光通信的影响研究

李松朗1,毛忠阳1,刘传辉1,刘 敏1,魏 帅2

(1. 海军航空大学,山东 烟台 264001;2. 95910部队)

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摘要:针对现有计算蓝绿激光在水下的衰减时,同类海水采用固定衰减系数估算,而实际不同海域的衰减系数存在差异,导致某些理论可行的区域无法正常通信的问题,提出结合透明度遥感观测数据计算蓝绿激光在水下透过率的新方法。根据中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据反演黄海部分海域蓝绿激光衰减系数,分析黄海衰减系数的时空分布特点,并估算水下50 m的透过率,评估蓝绿激光通信的可行性。分析结果表明:透明度越高,衰减系数越小,传输距离一定时透过率越高;透明度大于5.295 m时,激光在水下50 m的衰减小于40 dB,可以进行蓝绿激光通信。

关键词:蓝绿激光通信;透明度;水色遥感图像;无线光通信;衰减系数

中图分类号:TN929.3 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)03-0006-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.03.002

0 引言
      蓝绿激光作为水下窗口,在水下具有衰减系数小的特点,可作为空中目标和水下目标通信的新手段。但同一类海水由于浮游植物和黄色物质等分布不同,衰减系数也会有差异[1],因此需要根据具体海域情况分析蓝绿激光的衰减系数。
  透明度作为评价水体的指标,与衰减系数有着紧密的联系[2],且获得方式较为简单,可通过水色遥感图像计算获得,也可通过透明度盘测量获得。文献[3]从物理意义上建立了海水透明度与衰减系数的关系。文献[4]指出透明度和衰减系数的倒数有很强的相关性。文献[5]通过实测数据验证了黄海不同波长激光的衰减系数与水文成分的相关性。文献[6]通过理论模型分析与实测数据拟合建立了不同波长激光的衰减系数与透明度的反演公式。文献[7]通过490 nm波段的漫衰减系数反演了其它波段的漫衰减系数。文献[8]研究了水体各组分对490 nm 波段漫衰减系数的影响。文献[9]采用经验反演算法对2002~2011年渤海黄海海域490 nm波段漫衰减系数时空分布进行了分析。但这些文献研究重点都是利用实测数据或遥感图像反演衰减系数模型的精确性,并未对模型加以利用。此外,蓝绿激光在水下衰减模型较为复杂,为估算蓝绿激光在水下的能量衰减,现有做法一般为采用固定的衰减系数简化计算:一是采用固定衰减系数简化计算,但衰减系数存在空间和季节性差异,使用固定值不能准确描述蓝绿激光的水下衰减状况;二是根据浮游植物和黄色物质的分布参数建立模型,但它们的分布参数往往难以获得。由于利用透明度反演衰减系数的经验算法可以较简单地分析蓝绿激光在水下的衰减情况,因此本文基于水下通信的实际需要,提出结合遥感图像中的透明度数据估算激光在水下的透过率的新思路,利用2016年黄海部分海域透明度分布图反演出532 nm波段衰减系数分布,并评估水下目标在不同海域进行50 m蓝绿激光通信的可行性。

4 结束语
       针对不同海域的海水对激光衰减存在差异,而目前对同类海水采用固定衰减系数计算,导致某些区域通信情况与理论计算不符的问题。本文选取了海水透明度作为参考量,基于2016年黄海透明度数据,利用反演模型计算了532 nm激光衰减系数,并估算了水下50 m的激光透过率,分析了成山角海域、海州湾海域和黄海中心海域的衰减系数时空分布特点,评估了相关海域50 m水下蓝绿激光通信的可行性。结果表明:透明度越高,衰减系数越小,传输距离一定时透过率越高,透明度大于5.256 m时可进行水下50 m激光通信;成山角海域与海州湾海域衰减系数整体上呈现近岸高远岸低的特点,且近岸衰减系数的季节性差异明显,夏季高冬季低,黄海中心海域衰减系数整体较低;成山角海域5~9月远岸区域可进行水下50 m激光通信;海州湾海域虽然全年水下激光衰减较为严重,但4月和6~8月远岸地区仍可达到水下50 m激光通信的条件;黄海中心海域除1月和3月外,均可进行50 m激光通信,并且5~11月部分海域由于衰减较小,可尝试更深距离的通信。
   由于本文选取的透明度反演衰减系数模型是基于黄海、东海等二类水体得出的,在评估一类水体时可能会有较大误差,有待于进一步研究。