基于微气泡散射的水下无线光通信复合信道建模

作     者：贺锋涛 杨航宇 李碧丽 寇琳琳 张建磊 聂欢 南艺璇 HE Feng-tao;YANG Hang-yu;LI Bi-li;KOU Lin-lin;ZHANG Jian-lei;NIE Huan;NAN Yi-xuan

作者机构：西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 中国船舶集团公司第705研究所水下信息与控制重点实验室陕西西安710077 

基　　金：装备预研教育部联合基金项目(No.8091B032130) 国防基础科研计划实验室稳定支持专题项目(No.JCKY2020207CD02) 陕西省技术创新引导专项基金项目(No.2020TG-001)资助 

出 版 物：《激光与红外》 (Laser & Infrared)

年 卷 期：2023年第53卷第11期

页      码：1732-1742页

摘      要：海浪、船舶尾流以及海洋生物游动与呼吸等原因会导致海水中存在大量的气泡,气泡群带来的散射效应对光信号的水下传输具有重要影响,但典型的水下无线光通信信道模型一般不考虑气泡群带来的负面效应。为了进一步完善传统的水下无线光通信信道模型,本文利用Mie散射理论分析海水中的微气泡及微气泡群光散射特性,基于蒙特卡洛法建立包含气泡散射的复合海水信道模型,分析不同海水水质、气泡密度、链路距离等参数条件下接收端的光学特性和信号特性。结果表明:当链路距离为5 m时,随着气泡密度的增大,接收端光斑的弥散程度加剧,其面积可增至初始大小的3~5倍,中心能量也显著降低,最多可降至最大值的0.5%;当链路距离为10~40 m时,气泡群的存在以及链路距离的增长会导致接收端第一次接收到光子的时间延长约10~200 ns,且使脉冲展宽值增大;当链路距离为2~10 m时,气泡群密度的增大最多可使归一化接收功率降低至初始值的0.004%,但随着水质的恶化,其他粒子含量提高,气泡群对接收功率的影响逐渐减小。该研究可以为水下无线光通信系统的设计和理论分析提供参考。

主 题 词：水下无线光通信 Mie散射 微气泡 蒙特卡洛法 信道建模 

学科分类：070207[070207] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1001-5078.2023.11.017

馆 藏 号：203124939...