[发明专利]一种激光致声水下通信调制方法及装置、系统、电子设备

说明书

本发明公开了一种激光致声水下通信调制方法及装置、系统、电子设备，该方法包括：获取待发送码字；对所述待发送码字进行序列扩频变换；利用时延差编码规则，将扩频后的待发送码字映射为时延信息；根据所述时延信息，生成激发指示信号，以使得激光器根据所述激发指示信号发射对应的激光脉冲信号，其中所述激光脉冲信号在水下转化为声信号，从而实现激光致声水下通信调制。该方法通过对待发送码字进行序列扩频变换，可以获得扩频增益，使得抗干扰能力增强，并且信号频谱被展宽，可大大减小多途衰落；利用时延差编码规则，将扩频后的待发送码字映射为时延信息，能够有效对抗多途干扰，可靠地传输信息，并且节省系统功耗。

技术领域

本申请涉及通信系统和信号处理领域，尤其涉及一种激光致声水下通信调制方法及装置、系统、电子设备。

背景技术

当光束照射到介质时，介质会将吸收的光能转变为热能，由热能引起了介质的温度变化，继而导致了介质的热胀冷缩，由此带来的介质内部的应力改变直接产生了声波。这就是光声效应。当激光入射到液体后，液体介质在吸收光能后被瞬间加热，温度升高后受热膨胀，若此时吸收的激光能量不足以引起液体状态改变时，液体会向外辐射产生压力波，由此产生声波信号。激光入水产生声信号的物理作用过程的示意如图1所示。

激光致声按照激光与水作用时的能量密度差异，可以将这种能量转换机制分为热膨胀、汽化和光击穿三大机制。热膨胀机制由液体吸收激光能量引起，但不改变液体状态，产生的声波重复性较好，更适于做通信应用。

激光入射水面的示意如图2所示。在热膨胀机制下，激光垂直入射时，对于位于角度θ和距离r的接收点，此时产生的声信号频谱可以表示为

T为水面透射系数，β为水体膨胀系数，P₀为激光脉冲功率，C_p为水比热容，μ为水对激光吸收系数，c为水下声速，a为光斑半径，G(ω)为激光脉冲频谱。

通过增大激光光斑半径，可以得到一个适合于水下远距离传输的低频窄带信号，总的有效时长大约在ms级左右。使用激光致声信号进行水下通信，相比于传统的换能器声源，具有如下优势：激光声源可以放置在空中，机动灵活；激光声源移动方便，便于覆盖全球的开阔水域；声信号的产生来自于非接触的激发方式，可以适应各种高温高压等恶劣环境；激光在液体中产生的光声源与传播介质始终耦合，不存在阻抗失配的状态等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

激光致声具有一系列不确定性：激光在空中传播会受到干扰；声信号易受环境改变的影响；水质和温度容易改变对激光的吸收，进而影响声信号波形特征；不同接收点处的声信号也存在差异。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种激光致声水下通信调制方法及装置、系统、电子设备，以解决相关技术中存在的激光致声存在不确定性的技术问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种激光致声水下通信调制方法，包括：

获取待发送码字；

对所述待发送码字进行序列扩频变换；

利用时延差编码规则，将扩频后的待发送码字映射为时延信息；

根据所述时延信息，生成激发指示信号，以使得激光器根据所述激发指示信号发射对应的激光脉冲信号，其中所述激光脉冲信号在水下转化为声信号，从而实现激光致声水下通信调制。

进一步地，对所述待发送码字进行序列扩频变换，包括：

利用伪随机序列生成技术，生成一串伪随机码；

对所述待发送码字和所述伪随机码进行模2加法，实现序列扩频变换。

进一步地，利用时延差编码规则，将扩频后的待发送码字映射为时延信息，包括：