[发明专利]空中和水下机动平台光声互联双向通信方法

说明书

本发明公开了一种空中和水下机动平台光声互联双向通信方法，对水下声呐通信模块、激光致声通信模块和激光雷达做紧耦合功能集成，通过双载波同源信息传输、光声载波互调制、互校验等手段提升空中‑水下机动平台间双向无中继通信系统的可行性、可靠性和安全性。本发明紧密结合了声呐通信水体介质传输距离远、随遇接入、灵活可控的内生属性和自由空间光通信大气介质传输距离远、抗电磁干扰、抗路径截获的信道优势；通过光致声和光测声的信息传输拓展了跨介质通信适用范围，通过双物理场信息互校验提升了跨介质通信可靠性，为实现水下对空中机动平台的无中继跨介质双向通信提供全新的解决方案。

技术领域

本发明属于水下声呐通信、激光致声通信以及激光雷达遥感测声等学科领域，具体是指一种空中与水下机动平台无中继、光声双载波互联通信方法，尤其涉及一种空中和水下机动平台光声互联双向通信方法、系统及存储介质。

背景技术

迄今为止，水声通信仍然是水下各种机动平台协同联络的唯一有效和成熟的重要手段。声波是水中信息的主要载体，广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。声波属于机械波(纵波)，在水下传输的信号衰减小(其衰减率为电磁波的千分之一)，传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里。

然而，物理特性表明，声音在固体中的传播速度大于在液体中的传播速度，在液体中的传播速度大于在气体中的传播速度。因此，声音信号，特别是用于水下声呐通信的高频声音信号在大气中传输时衰减极快，且传输距离有限。

另一方面，自由空间光通信具有通信容量大、频谱不受限、抗电磁干扰、抗组播窃听等优点，可作为无线电通信的重要补充，为各类机动平台提供可靠通信保障，并且研究表面蓝绿光具有大气、海水双窗口特性，因此在空中-水下机动平台跨介质通信等发挥着不可替代的作用。然而，虽然蓝绿光波具有海水-大气双窗口效应，但是海水中的水体、有机和无机物质仍会对蓝绿造成极大的吸收和衰减，从而导致蓝绿光穿透海水的深度极其有限，无法实现对水下机动平台常规工作深度下的信息直接传输。而且，蓝绿光空中对水下机动平台通信需要持久稳定的光学传输信道，除要求通信双方互相可视外，对跟踪瞄准系统性能也提出了严格要求，特别是存在水面波浪的情况下，跟瞄对于光通信系统几乎成为不可能完成的任务。综上所述极大限制了蓝绿光通信在空中对水下机动平台双向通信的广泛运用。

现阶段水下声通信系统和自由空间光通信系统总是(非此即彼地)独立使用，难以弥补固有性能短板并实现跨介质复杂环境下稳定运行。

发明内容

基于现有技术的问题，本发明要解决的技术问题包括：

1、如何将水声声呐通信模块、激光致声通信模块和激光雷达模块做紧耦合功能集成；

2、如何实现空中平台上搭载的激光致声通信模块发射激光载波波束激励水面产生声载波信号，水下机动平台上的水声声呐通信模块搜索跟踪该声波信号，建立空中与水下机动平台间稳定的光声互联下行通信链路；

3、如何实现水下平台搭载的水声声呐通信模块发射声呐信号，传播至水面形成水面波纹；

4、如何实现空中平台搭载的激光雷达模块发射激光波束照射到水面形成波束反射和漫射，激光雷达通过探测并解调水面回波信号，建立水下与空中机动平台见稳定的光声互联上行通信链路。其中，水下平台和空中机动平台通信双方通过融合光通信链路、激光水面致声链路、水声通信链路，声致水面通信链路和激光雷达测声链路传输信息，并对不同载波携带的同源信息做互校验操作。

为了达到上述效果，本发明提供的空中和水下机动平台光声互联双向通信方法，由空中机动平台和水下机动平台执行，空中机动平台通过自由空间光通信模块发射信号光束激励水面产生水声载波信号，水下机动平台通过水声声呐通信模块接收声学信号，完成空中对水下机动平台的下行信息传输；

水下机动平台通过水声声呐通信模块发射声学信号，空中机动平台通过激光雷达模块探测声致水面波动，完成水下对空中机动平台的上行信息传输；