水下無線光通信技術與應用
陳衛標 周田華 毛忠陽 朱小磊
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商品描述
本書面向水下海洋科考平臺對水下大容量數據無線傳輸的需求，針對水下無線光通信技術進行原理、模型、器件、系統的分解闡述，開展技術預測與展望。首 先，概述激光的海洋傳輸特性，對水下無線光通信通道特性進行模擬。然後，面向水下光通信需求，探討了水下無線光通信系統組成，重點闡述了水下無線光通信光源、水下光電探測和信息獲取等關鍵技術，並進一步結合實際需求，詳細介紹了水下長距離高速無線光通信系統的設計與案例。最後，對水下無線光通信技術在深海大洋以及空間組網等方面的應用與展望進行了探討。
本書適合希望瞭解水下無線光通信技術的 人士閱讀，不僅可作為水下無線光通信系統研究、開發和維護人員的專業參考書，也可以作為高等院校高年級本科生、碩士研究生與博士研究生的參考資料。同時，對於未來可能對水下無線光通信技術感興趣的人員，本書內容也具有參考價值。
作者簡介
陳衛標
中國科學院上海光學精密機械研究所黨委書記/副所長、中國科學院空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室主任。主要研究方向為空間全固態激光器及空間激光雷達、激光通信系統研究。現為中國光學工程學會常務理事、中國光學學會環境光學委員會副主任委員，中國光學學會空間光學和激光技術專業委員會委員等，國家某創新主題專 家組成員。作為學術帶頭人，在我國率先研製出機載高分辨率海陸測繪激光雷達，為我國南海島礁繪制高精度海底地圖，率先突破跨介質、大深度藍綠激光通信技術。在機載藍綠激光海洋立體遙感探測及信息傳輸方面獲2019年度上海市技術發明一等獎。獲國內外授權專利50餘項，在國內外光學主流期刊發表高水平論文200餘篇。
周田華
中國科學院上海光學精密機械研究所科技管理部部長，上海市紅外與遙感學會理事，主要研究方向為藍綠激光海洋傳輸特性及其在通信和探測中的應用，已持續開展相關研究近廿載，已發表相關論文50餘篇，已授權發明專利6項。獲2019年度上海市技術發明一等獎（第 二完成人），2019年度上海市科技系統青年五四獎章（個人），2020年度上海市青年五四獎章（個人）。
毛忠陽
海軍航空大學航空通信教研室主任。享受國務院政府特殊津貼專 家，軍隊高層次科技創新人才工程學科拔尖人才，全軍重點建設學科負責人，全軍十四五預先研究論證專 家組成員，軍事科學學會會員，海軍通信系統工程建設專 家。主要研究方向為海上無線光通信技術、新體制通信理論研究與應用、智能化組網；先後承擔了國家重大基礎加強、973、863、國防預研、型研項目共20餘項；獲山東省科技進步一等獎一項，軍隊科技進步二等獎3項，三等獎1項；授權發明專利12項，發表論文60餘篇，公開出版教材和專著3部。
目錄大綱
第1章 概述 001
1.1 背景 001
1.2 水下無線光通信技術現狀 004
1.2.1 國外研究進展 004
1.2.2 國內研究進展 007
參考文獻 011
第2章 激光的海洋傳輸特性 017
2.1 海水的組成及其一般傳輸特性 017
2.2 水下光傳輸的光學特性 018
2.3 光在海水中的衰減 020
2.4 水下光通道的研究方法 021
2.4.1 海洋光學實地測量 021
2.4.2 輻射傳輸方程計算解析法 026
2.4.3 MC方法 028
2.5 透明度反演水質參數 029
2.5.1 遙感數據反演透明度模型 029
2.5.2 透明度反演衰減系數模型 031
2.6 黃海海域藍綠光傳輸特性 032
2.6.1 黃海海域藍綠光衰減系數分析 033
2.6.2 黃海海域藍綠光能量衰減分析 035
參考文獻 038
第3章 水下無線光通信通道特性的模擬 041
3.1 MC方法 041
3.1.1 模擬假設和近似 044
3.1.2 模擬參數設置 044
3.1.3 遠端光場分佈特性分析 046
3.1.4 固定視場角和接收機半徑時的接收特性分析 049
3.2 改進的半解析半MC方法 052
3.2.1 半解析半MC方法原理 052
3.2.2 與實驗結果的對比 056
3.3 新型馬爾可夫鏈MC模擬 059
3.3.1 馬爾可夫鏈 059
3.3.2 狀態轉移矩陣 060
3.3.3 角度分佈 061
3.3.4 接收面上的能量 062
3.3.5 接收面上的時域分佈 064
參考文獻 069
第4章 水下無線光通信系統 071
4.1 UWOC系統架構 071
4.2 發射機 073
4.2.1 發光二極管 073
4.2.2 激光二極管 074
4.2.3 激光器 076
4.2.4 光源對比 078
4.3 接收機 078
4.3.1 PIN型光電二極管 079
4.3.2 APD 079
4.3.3 PMT 080
4.3.4 探測器比較 081
4.4 調制技術 081
4.4.1 數字脈沖調制 082
4.4.2 正交振幅調制 087
4.5 編碼技術 089
4.5.1 RS碼 089
4.5.2 LDPC碼 091
4.5.3 Polar碼 093
4.5.4 DB編碼 098
4.5.5 NLTCP編碼 099
參考文獻 100
第5章 水下無線光通信光源 102
5.1 固體藍綠光激光器概述 102
5.1.1 腔內倍頻藍綠光激光器技術 103
5.1.2 腔外倍頻藍綠光激光器技術 104
5.1.3 腔內和頻藍綠光激光器技術 105
5.1.4 光參量振盪藍綠光激光器技術 105
5.2 全固態藍光激光器技術 106
5.2.1 基於鈦寶石的藍光激光器技術 107
5.2.2 基於準三能級0.9 m波長的藍光激光器技術 108
5.2.3 基於1.3μm波長的藍光激光器技術 110
5.3 全固態綠光激光器技術 112
5.3.1 基於Nd:YLF晶體的綠光激光器技術 113
5.3.2 基於Nd:YAG晶體的綠光激光器技術 122
5.3.3 基於Nd:YVO4晶體的綠光激光器技術 130
5.4 全固態藍綠光激光器技術展望 133
參考文獻 134
第6章 水下光電探測和信息獲取 137
6.1 光電探測器概述 137
6.1.1 光電探測器原理 137
6.1.2 水下光通信常用探測器 139
6.1.3 探測器主要參數 141
6.1.4 探測器主要性能比較 143
6.2 探測器噪聲分析 144
6.3 分集接收技術 146
6.3.1 分集接收理論 146
6.3.2 分集增益分析 149
6.4 光子計數接收技術 150
6.4.1 單光子探測接收 150
6.4.2 多光子計數接收 152
參考文獻 154
第7章 水下長距離高速無線光通信系統 157
7.1 總體方案 157
7.2 系統參數設計 159
7.3 光源選擇 161
7.4 探測器選擇 165
7.5 調制方式選擇 168
7.6 系統研製與集成 170
7.7 室內外實驗 173
參考文獻 176
第8章 水下無線光通信應用與展望 177
8.1 水下大容量無線光通信 177
8.2 水下長距離無線光通信 180
8.3 通信測距照明多功能一體化 184
8.4 深海綜合應用 185
8.5 空間跨介質應用 188
8.6 空天地海立體通信網絡體系構建 189
參考文獻 190
名詞索引 193
