[发明专利]基于水下光缆的水下航行体通信方法与系统

权利要求书

1.一种基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于利用光纤传感技术，将布设在水下的光缆作为声传感器，构建声传感系统，用于接收水下航行体对其发出的声信号，并将携带上述声信号的光波传输到陆上基站，然后通过解调设备，还原信号，实现单向通信；其中：

所述声传感系统，是一种水下光缆（6）与光纤干涉组件（2）、反馈装置（5）构成的干涉光路结构，还包括光电转换及放大装置（3）和数据处理分析终端（4）；光纤干涉组件（2）是由光纤器件构成的单元，光源（1）从光纤干涉组件（2）输入，光纤干涉组件（2）将光源（1）注入的光进行处理后注入到水下光缆（6）中，从水下光缆（6）中返回重新进入光纤干涉组件（2）的光在光纤干涉组件（2）中发生干涉，干涉信号最终经光纤干涉组件（2）输出，并从水下光缆（6）出射进入反馈装置（5），经反馈装置（5）处理后，重新进入水下光缆（6）中； 水下光缆（6）上的任一干扰点（7）处感应到的来自水下航行体发出的信号，由于光弹效应，使光纤产生微变，经干扰点（7）传输的光的相位会发生改变；干涉光路将相位的变化转换为光强的变化，经光纤干涉组件（2）输出；光电转换及放大装置（3）将光信号变成电信号，数据处理分析终端（4）对电信号进行处理、分析，从而获得水下航行体传送的信息。

2.根据权利要求1所述的基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于所述水下航行体发出信号，是以主动声纳换能装置发出的声信号，通过水的传播，以声压的形式作用到水下光缆（6）上；或者是水下航行体驶近水下光缆（6）后，以机械方式直接对水下光缆（6）进行敲击发出信号。

3.根据权利要求1所述的基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于所述光纤干涉组件（2）由N×M耦合器（8）、P×Q耦合器（9）、光纤延迟器（10）构成；光纤延迟器（10）的延迟为τ，N、M为整数，P、Q为整数；记8a1、8a2、…、8aN、8b1、8b2为N×M耦合器（8的端口，8a1、8a2、…、8aN是同向端口，共N个，8b1、8b2是N×M耦合器（8）的另一组同向M个端口中的两个端口，9a1、9a2、9b1为P×Q耦合器（9）的端口，9a1、9a2是P×Q耦合器（9）的一组P个同向端口中的两个端口，9b1是耦合器（9）的另一组Q个同向端口中的一个端口；作为感应光纤的水下光缆（6）接在P×Q耦合器（9）的端口9a1；在该结构中，形成两路光：  

光路Ⅰ：端口8b1→光纤延迟器（10）→端口9a1→端口9b1→水下光缆（6）→反馈装置（5）→水下光缆（6）→端口9b1→端口9a2→端口8b2；

光路Ⅱ：端口8b2→端口9a2→端口9b1→水下光缆（6）→反馈装置（5）→水下光缆（6）→端口9b1→端口9a1→光纤延迟器（10）→端口8b1；

箭头所指方向表示光经过的路径；

这两路光在N×M耦合器（8）处会和，发生干涉，干涉信号分别经端口8a1、8a2、…、8aN输出。

4.根据权利要求3所述的基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于所述水下航行体传送的信息包括下航行体的位置信息；该位置信息获得方法如下：设水下航行器发出的信号对水下光缆（6）上的点（7）产生的相位调制为                                               ，由于反馈装置（5）的作用先后两次经过点（7），相位受到的调制为：

其中，，L为点7距反馈装置（5）的距离，c为真空中的光速，为光纤的等效折射率；

两相互干涉的光之间的相位差为：

在相位差的频谱中，存在频率陷落点，即陷波点，陷波点与扰动位置的关系为：

 

其中，为k阶陷波点的频率；根据陷波点的位置即可确定点（7）的位置，也即确定水下航行器的位置。

5.根据权利要求3所述的基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于所述声传感系统中的水下光缆是水下光缆中冗余的光纤，或者通过波分复用技术与通信信号复用的光纤通道。

6.根据权利要求3所述的基于水下光缆的水下航行体通信方法，其特征在于所述的光纤干涉组件、光电转换及处理装置、数据分析终端皆位于陆上基站的接收中心。