蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用.pdf
《蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用聂文超1,李怀亮2,魏佳广2,张西伟2,李鹏1,冯晓伟2,廖佩璇1,李广英1(1.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安,710119;2.海洋石油工程股份有限公司安装分公司,天津,300461)摘要:未来无人水下航行器(UUV)的集群化发展,对水下高速可靠的通信网络提出了迫切需求。水信道在可见光中存在低损耗窗口(波长为 450570nm 蓝绿光),水下光通信在中近距离上可实现大容量数据的高速、隐蔽传输,已成为水下通信研究热点之一。文中介绍了基于水声通信和无线光通信的 UUV 组网通信技术现状,着重介绍了水下蓝绿光通信的研究进展和工程应用水平,提出了基
2、于激光二极管窄束长距离激光通信和发光二极管准全向光通信的水下移动式局域组网方案,能够提高 UUV 的信息共享能力,可为水下察打一体观测网和水下末端突防系统的研制提供技术支撑。关键词:无人水下航行器;水下光通信;组网;集群中图分类号:U674.76;TJ630.34文献标识码:R文章编号:2096-3920(2023)04-0654-06DOI:10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0038ApplicationofBlue-GreenOpticalCommunicationinNetworkingofUnmannedUnderseaVehiclesNIEWenchao1
3、,LIHuailiang2,WEIJiaguang2,ZHANGXiwei2,LIPeng1,FENGXiaowei2,LIAOPeixuan1,LIGuangying1(1.Xian Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS,Xian 710119,China;2.Offshore Division,Offshore OilEngineeringCo.Ltd.,Tianjin300461,China)Abstract:Theclustereddevelopmentofunmannedunderseavehicles(UUVs)int
4、hefutureurgentlyrequireshigh-speedandreliableunderwatercommunicationnetworks.Thewaterchannelhasalowlosswindowinvisiblelight,whichreferstotheblue-greenlightwithawavelengthof450570nm.Underwateropticalcommunicationcanrealizehigh-speedandhigh-securitytransmissionoflarge-capacitydataovermediumandshortdis
5、tances,whichthushasbecomeoneoftheresearchhotspots in underwater communication.This paper investigated the current status of UUV networking communicationtechnologybasedonunderwateracousticcommunicationandwirelessopticalcommunicationandintroducedtheresearchprogress and engineering application level of
6、 underwater blue-green optical communication.The paper also proposed anunderwater local mobile networking scheme based on narrow-beam and long-distance laser communication of laserdiodes(LDs)andquasi-omnidirectionalopticalcommunicationoflightemittingdiodes(LEDs),whichwillnotonlyimprovetheinformation
7、-sharingabilityofUUVsbutalsoprovidetechnicalsupportforthedevelopmentofanintegratedunderwaterobservationandstrikingnetworkandanunderwaterterminalpenetrationsystem.Keywords:unmannedunderseavehicle;underwateropticalcommunication;networking;cluster收稿日期:2023-04-18;修回日期:2023-05-31.作者简介:聂文超(1988-),男,硕士,工程师
8、,主要从事空间/水下的高速光通信技术应用研究.第31卷第4期水下无人系统学报Vol.31 No.42023年8月JOURNALOFUNMANNEDUNDERSEASYSTEMSAug.2023引用格式 聂文超,李怀亮,魏佳广,等.蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用 J.水下无人系统学报,2023,31(4):654-659.654JournalofUnmannedUnderseaSystemssxwrxtxb.xml-0引言近年来在海洋强国战略指导下,我国加快了“透明海洋”计划实施,加强了海洋观测装备的研发,已逐步构建起新一代全球海洋高时空分辨率立体观测网1。伴随着大量分布式预置水下长期值
9、守观测站的建立,监测数据呈现爆炸式增长,如何进行水下大容量数据高速交互及回收的问题日益凸显。水下机动式装备呈现系列化快速发展,包含自主水下航行器(autonomousunderseavehicle,AUV)、水下遥控航行器(remoteoperatedvehicle,ROV)以及水下仿生航行器等,具有无人化和智能化作业的特点。2022 年,美国波音公司研制出超大型无人水下航行器(unmannedunderseavehicle,UUV)“虎鲸”号(见图 1),并进行了海试2。同年,我国首艘智能型无人系统母船“珠海云”号(见图 2)在广州下水,具备远程遥控和自主航行功能,甲板上能够搭载数十台空、海
10、、潜无人系统装备,可在目标海域进行批量化布放。图1“虎鲸”号超大型无人水下航行器Fig.1OrcaextralargeUUV图2“珠海云”号无人系统母船Fig.2ZhuhaiCloudunmannedsystemmastership可以看出,未来海洋无人智能型装备具有网络化、集群化的发展趋势,海量数据实时交互、高速传输成为制约透明智能化海洋建设的关键技术。针对水下传统声通信传输速率较低的问题,近年来国内外在水下光通信领域进行了大量研究,旨在发展基于光通信的高带宽、高速率和高隐蔽性的水下信息传输网络。文中调研了声通信和光通信在 UUV 组网中应用的特点,提出了基于激光二极管(laserdiode
11、,LD)窄束长距离高速激光通信和发光二极管(lightemittingdiode,LED)准全向蓝绿光通信的水下移动式局域组网方案,以期为水下察打一体观测网和水下末端突防系统的研制提供技术支撑。1UUV 组网及可见光通信技术研究现状水下通信组网是以各类 UUV 智能控制和协同编队技术为基础,以声通信或光通信设备为核心载体,实现多平台间的互联互通,已成为海洋观测探测的重要手段3。水声通信是水下中远距离上,应用于无线通信、探测、定位的主要手段。自 1998 年开始,美国麻省理工学院就开展了水下探测网络的通用海洋阵列技术系统(genericoceanographicarraytechno-logys
12、ystem,GOATS)研究,并在 19982014 年开展了一系列的水声组网探测试验4。美国海军于2006 年开始研制水下持续监视网(persistentlittoralunderwatersurveillancenetwork,PLUSNet),并以巡航导弹核潜艇为母节点,以核潜艇携带的 UUV 为移动子节点,以水下潜标、浮标和水声探测阵为固定子节点而构成的一种潜布式海底固定加机动的水下网络,可获取海洋环境信息和水下目标信息,为水下作战提供信息化支撑5。自我国在“863”计划的自动化领域智能机器人主题中首次立项支持声通信机研制,到我国载人深潜“蛟龙号”实现在810km 距离内以最高 10k
13、b/s 的速率传输数据、语音和图像,中科院声学所已经完成了多型声通信机设备研制。此外,国内多家单位开展了水声通信与组网技术的理论研究、样机研制和湖海试验,发展迅速6。可见光通信(visiblelightcommunication,VLC)是一种利用波长在 380790nm 范围内的可见光进行数据通信的无线传输技术,具有不受无线电干扰、无电磁辐射、高度保密性的高速通信方式。2015 年,美国肯尼迪航天中心签署了太空行动协2023年8月聂文超,等:蓝绿光通信在无人水下航行器组网中的应用第4期水下无人系统学报sxwrxtxb.xml-655议,其主要面向 VLC 网络在照明系统和协同全球定位系统改善
14、通信网络环境的研究7。2021 年4 月,英国PureLiFi公司宣布向美国陆军提供新一代的无线光通信组网产品Kitefin,说明了 VLC组网技术未来在国防中将占据重要地位8。2013年,复旦大学设计了一套全双工 VLC 系统,进行了低误码率和高速率的可行性研究9,并在 2014 年对 VLC 接入网络开展试验验证,设计了光纤和可见光的异构网络以支持 32 个用户同时进行高速通信10,证明了 VLC 组网的能力。2019 年,清华大学提出了一种基于 LD 和 LED 混合组成的水下无线光通信组网技术,该技术能够通过混合通信系统来提升受限节点网络的通信周期和信息容量11。2水下光通信技术2.1
15、国内外研究现状水下 VLC 技术利用海水的透光窗口对蓝绿波段可见光吸收损耗极小的特性,采用光波长为450570nm 的蓝绿光束为载波,在水下中近距离进行高速信息传输,可实现跨域跨介质通信,从而进一步完善水下信息传输体系的保障能力,在未来海洋开发中基于水下光通信技术构建的新型立体通信网络,将在民用/国防等通信、探测领域发挥重要作用。2016 年,英国的水下技术公司 Sonardyne 向韩国船舶和海洋工程研究所(KoreaResearchInstituteofShipsandOceanEngineering,KRISO)提供了水下通信设备 BlueComm200,其速率达 20Mb/s,距离达
16、100m,可完成水下高清图像的传输。2017 年,日本海洋研究开发机构(JapanAgencyforMarine-EarthScienceandTechnology,JAMSTEC)开展了水下双向无线光通信试验,在 800m 水深海域中,实现了 20Mb/s 传输速率、100m 距离上的可靠通信12。2019 年,西安光机所在三亚半山半岛帆船港口开展了光通信设备性能测试,采用蓝光大功率LED 和大面积光电倍增管(photomultipliertube,PMT)探测器,设计出“大角度发射宽视场接收”的光通信机,实现了 20m 通信距离下,传输速率为 20Mb/s 的全双工高速通信13。此后,西安
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蓝绿 光通信 无人 水下 航行 组网 中的 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。