[发明专利]一种跳时隙的激光水下致声数字通信系统与方法

说明书

一种跳时隙的激光水下致声数字通信系统与方法，该系统包括发射系统：数据基带编码输入模块、可变时隙编码处理模块、激光器驱动模块及激光器，还包括接收系统：水声采集器、水声信号放大整形模块、可变时隙信号解码处理模块，发射系统及接收系统配合在大气信道和水下信道下实现数字通信功能。该方法包括步骤：（1）对待传信息进行信息分帧编码；（2）输出具有导行码的可变长数据帧编码，输出间隔不同的脉冲激光，获得可变时隙激光输出信号；（3）将激光能量信号转换为水下声波信号；（4）声波信号转为电信号，放大后整形输出到数字解调模块；（5）数字解调模块进行信号解码后输出显示。本发明利于信号的灵活发送、接收及安全可靠通信。

技术领域

本发明涉及光通信领域和水声通信领域，具体涉及一种跳时隙的激光水下致声数字通信系统与方法。

背景技术

随着人们海洋活动的日益频繁，水声通信已不再局限于军事领域，而是广泛扩展到民用领域，通信的海洋应用拓展使水下通信的需求大为增加，同时也对通信技术有着越来越高的要求。在浩瀚的海域中，光波和电磁波在其中的传播衰减都非常大，传输距离十分有限，远不能满足人类日益活跃的海洋活动对通信的需要；利用蓝绿激光实现的海洋通信要求通信双方在视距下进行，同时传输光路复杂，接收对准技术要求高；利用电磁波实现的海洋通信要求水下目标定期浮到天线露出水面的深度，导致其通信目标的隐蔽性降低，因而也限制了这类海洋通信的发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是克服传统蓝绿激光和海洋水声通迅不足，提供一种安全性好、移动组网灵活、通信链路简单的数字通信系统及方法

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种跳时隙的激光水下致声数字通信系统，包括发射系统及接收系统，所述发射系统包括依次连接的数据基带编码输入模块、可变时隙编码处理模块、激光器驱动模块及激光器，所述接收系统包括依次连接的水声采集器、水声信号放大整形模块、可变时隙信号解码处理模块；

所述数据基带编码输入模块实现数据或语音信息的字节编码和电平转换；

所述可变时隙编码处理模块完成接收基带编码信号的时隙编码处理、导行码分配和时隙帧组合，即在发送数据的前端加入表明数据时隙类型的导行码组成通信帧，通过将数字信息加载于不同时隙数的脉冲位置组成的脉冲编码来控制激光器发射激光；

所述激光器驱动模块提高激光器驱动能力，完成激光器调制时隙码输出；

所述激光器受控于时隙编码信号，实现激光信号发送；

所述水声采集器完成激光声信号采集；

所述水声信号放大整形模块对水声采集器采集信号进行放大整形处理；

所述可变时隙信号解码处理模块完成不同时隙帧信息解码还原处理；

所述发射系统及接收系统相互配合在大气通信信道和水下声通信信道下实现数字通信功能。

本发明工作原理：发射系统，通过将数字信息加载于不同时隙数的脉冲位置组成的脉冲编码来控制激光器发射激光，利用纳秒级的窄脉冲激光器，配合脉冲位置调制方式，可具有瞬时大功率、窄脉冲、宽频带、高峰值能量，有利于提高光声转换效率和接收信噪比，保证一定的激光脉冲能量，在发送数据的前端加入表明数据时隙类型的导行码组成通信帧；接收系统通过导行码判断当前接收到的数据时隙类型，再根据时隙位置状态判断后面的脉冲代表的实际数据，完成通信的数据解码，并送输出电路显示，同时通过串口实时上传PC监控。

上述方案中，所述可变时隙编码处理模块以单片机为核心，用于完成时隙编码处理、导行码分配、时隙帧组合和调制脉冲归零码生成。

采用本发明的技术方案有益效果：

（1）激光器输出随机变化的脉冲位置调制信号，且信号呈现无规律状态，能够有效降低截获被破译的概率，减少数据丢失比率，更有利于安全可靠通信；