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    无线水下通信包括了水下声通信、光通信以及水下电磁波通信。由于声音传播的纵波特性,在水中传播的各种波中,衰减最小,因此目前水声技术是最成熟的水下通信技术。但是声音在水中的传输速率极低(仅有光速的二十分之一),且声音在水中传播时散射、传输的损耗、能耗量以及回波干扰等使水声设备的研制非常困难[1]。对于易在水中传播的电磁波而言,趋肤效应在良导体中效果扩大,严重影响其在水中的传输。且电磁波在有电阻导体中的穿透深度与其波长直接相关,长波比短波穿透更深。但即使是超长波通信,穿透海水的深度也很有限,仅能传播80米,更关键是这类系统耗资大,传输率低,易受到干扰和破坏,不适合做成网络型通信系统[2]。相比水下声通信及水下电磁波通信,水下光通信存在以下几点优势:1、光波频率高,承载能力强,可以组建大容量无线通讯链路;2、光波在水中的传输速率可以达到上千兆;3、抗电磁干扰能力强,水温和盐度对其影响不大;4、波束具有较好的方向性;5、由于近年来半导体光源技术的突破,可见光谱光电器件具有体积小,价格低,效率高等优势。虽然水下光通信存在以上优点,其缺点也是无法忽视的,1、光损耗:在忽略海水的扰动和热晕效应情况下,光在海水中的衰减主要是因为光的吸收和散射;2、光束扩散:传输过程中,经光源发出的光束在垂直方向上发生的横向扩展;3多径散射,即海水中传输的光束在散射粒子的作用下而偏离光轴,而经过多次散射后,部分光子重新回到光轴,形成了多次散射,与粒子浓度与辐照体积大小有关,存在复杂性,无法得到精确的数学关系式。正是这些无法忽略的问题,才需要我们加以研究,来设计出更好更精确的水下光通信系统。借鉴已有的研究成果,我们可以找到解决其问题的两种普遍方法:1、增加信噪比,即增大发射功率、降低接受设备噪声、选择好的调制制度和解调方法、加强天线的方向性;2、采用信道编码,即增加差错控制功能[3]。
    由于各种原因,国内在水下光学信道的光学特性研究的基础较薄弱,我们所开展的研究也很有限。1988年由于对海洋的开发,对绿激光探潜和蓝绿激光对水下通信的技术论证也从此展开[4]。由于有国外资料参考,国内的研究起点较高,但较晚的起步使得对海水中传输的研究较少,还处于较低的水平。对此,水下无限光通信也具有很高的研究空间及意义。
    1.2  论文的主要内容
    本论文中主要介绍了一种无线光通信系统的接收机设计,本次设计区别于当前高速高精度光通信设计理念,目的是构建一个低功耗的网络化光通信系统,因此在设计时应满足尽可能少的硬件电路以及低传输速率、低电压和长寿命的要求。将设计完成的单个接收机作为节点可形成网络化无线光通信系统。通过计算等方式,阐明了所选用器件的选用原因,硬件电路设计过程,单片机msp430的简略介绍以及本次设计中进行的单片机的软件设计,包括A/D转换部分、中断部分以及串口通信部分,是一个完整的光通信接收系统。设计中还有些许欠缺及为完成部分,在文章最后也已列出,且说明了自己的想法。最后测试时因为时间以及密封没有完成,因此没有进行水下测试。本论文大体的结构由绪论、系统的总体设计方案、硬件电路设计(包括元件选用、电路选择)、单片机msp430的寄存器介绍和软件开发、测试结果描述以及分析组成。
    2  整体设计方案
    首先由本次设计要求光电探测器的选择,光电转换电路的设计,电流电压转换电路设计,低噪声放大器设计,主放大电路设计,滤波电路设计以及信源信宿的选择,完成接收部分的整体设计并进行实验验证,根据设计要求所要求的信息基本确定系统的工作流程,其基本设计示意图2.1如下:
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