1.1研究背景及意义 1

1.2水下激光通信的发展现状 4

1.2.1国内研究现状 4

1.2.2国外研究现状 4

1.3本文主要研究内容 5

第二章 激光通信信道 6

2.1大气信道对激光信号的衰减作用 6

2.2水下信道对激光信号的衰减作用 6

2.2.1海水吸收 8

2.2.2海水散射 8

2.2.3湍流 8

2.2.4热晕效应 10

2.2.5多径干扰和色散 10

2.2.6物理障碍物 11

2.2.7背景噪声 11

2.3本章小结 13

第三章 水下激光通信的散射模型 14

3.1纯海水对激光的散射 14

3.2海水中杂质对激光的散射 15

3.3海水的总衰减特性 16

3.4本章小结 16

第四章 散射系数与衰减特性量化分析 17

4.1不同海域的散射情况 17

4.2纯水的散射系数 17

4.3小颗粒物的散射系数 18

4.4大颗粒物的散射系数 19

4.5散射作用下激光的总体衰减特性 20

4.6本章小结 21

结论 22

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

海洋占了地球总面积的70%，自古代起人们对海洋的开发和探索就从来没有停止过，到了19世纪，在1890年美国军事理论家马汉的《海权论》一书出版，提出了“海权论”这一概念，世界各国对于海洋的探索和研究，尤其是在军事应用领域更加的积极和深入。研究海洋就要在水下部署更多的无人装置或设备，这需要高带宽和高容量的水下信息传输作为技术支持。虽然在水声通信领域取得了巨大的进展，但是它的带宽是有限的。这就催生了水下无线光通信的发展，相比传统的声学通信系统它可以提供更高的数据传输速率和更低的功耗，并且使得复杂的短距离无线链路计算变得更简单。水下无线光通信在远海和近海研究领域具有许多潜在的应用价值。目前主要有光纤、微波等通信手段。微波通信可以节省大量的有色金属，并且可以跨越复杂的地理地形；灵活组织点与线结合的通信网络，这为生活在农村、海岛、山区等这些偏远地区的用户与外界进行信息交换提供了很大的便利。但是它有信道容量小，频带窄，码率低等缺点。而光纤通信系统不像其他通信系统很容易受到外界的干扰，而且线路的容量也较大，但是它必须铺设光缆，在一些复杂的地形环境下，建设周期长、施工难度大并且花费很高。随着通信信息量的增大，改进现有技术或探索新技术使网络带宽资源得以扩充，通信流量能够提高是现下通信领域面临的重要研究课题[1]。微波通信和光纤通信的优点在无线光系统里兼而有之，并且通信容量大，还无需铺设光纤。该技术的信息载体是激光束，不需要借助任何有线传输媒介，在空间、地面和水下均可以实现信息的传输。