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內(nèi)容簡介

　　本書面向水下海洋科考平臺對水下大容量數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)男枨?，針對水下無線光通信技術(shù)進(jìn)行原理、模型、器件、系統(tǒng)的分解闡述，開展技術(shù)預(yù)測與展望。首先，概述激光的海洋傳輸特性，對水下無線光通信信道特性進(jìn)行仿真。然后，面向水下光通信需求，探討了水下無線光通信系統(tǒng)組成，重點(diǎn)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(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際需求，詳細(xì)介紹了水下長距離高速無線光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與案例。最后，對水下無線光通信技術(shù)在深海大洋以及空間組網(wǎng)等方面的應(yīng)用與展望進(jìn)行了探討。本書適合希望了解水下無線光通信技術(shù)的人士閱讀，不僅可作為水下無線光通信系統(tǒng)研究、開發(fā)和維護(hù)人員的專業(yè)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，對于未來可能對水下無線光通信技術(shù)感興趣的人員，本書內(nèi)容也具有參考價值。

作者簡介

　　陳衛(wèi)標(biāo) 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所黨委書記/副所長、中國科學(xué)院空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。主要研究方向?yàn)榭臻g全固態(tài)激光器及空間激光雷達(dá)、激光通信系統(tǒng)研究?，F(xiàn)為中國光學(xué)工程學(xué)會常務(wù)理事、中國光學(xué)學(xué)會環(huán)境光學(xué)委員會副主任委員，中國光學(xué)學(xué)會空間光學(xué)和激光技術(shù)專業(yè)委員會委員等，國家某創(chuàng)新主題專家組成員。作為學(xué)術(shù)帶頭人，在我國率先研制出機(jī)載高分辨率海陸測繪激光雷達(dá)，為我國南海島礁繪制高精度海底地圖，率先突破跨介質(zhì)、大深度藍(lán)綠激光通信技術(shù)。在機(jī)載藍(lán)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(shù)發(fā)明一等獎。獲國內(nèi)外授權(quán)專利50余項(xiàng)，在國內(nèi)外光學(xué)主流期刊發(fā)表高水平論文200余篇。周田華中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所科技管理部部長，上海市紅外與遙感學(xué)會理事，主要研究方向?yàn)樗{(lán)綠激光海洋傳輸特性及其在通信和探測中的應(yīng)用，已持續(xù)開展相關(guān)研究近廿載，已發(fā)表相關(guān)論文50余篇，已授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)。獲2019年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎（第二完成人），2019年度上海市科技系統(tǒng)青年五四獎?wù)拢▊€人），2020年度上海市青年五四獎?wù)拢▊€人）。毛忠陽海軍航空大學(xué)航空通信教研室主任。享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，軍隊(duì)高層次科技創(chuàng)新人才工程學(xué)科拔尖人才，全軍重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科負(fù)責(zé)人，全軍十四五預(yù)先研究論證專家組成員，軍事科學(xué)學(xué)會會員，海軍通信系統(tǒng)工程建設(shè)專家。主要研究方向?yàn)楹Ｉ蠠o線光通信技術(shù)、新體制通信理論研究與應(yīng)用、智能化組網(wǎng)；先后承擔(dān)了國家重大基礎(chǔ)加強(qiáng)、973、863、國防預(yù)研、型研項(xiàng)目共20余項(xiàng)；獲山東省科技進(jìn)步一等獎一項(xiàng)，軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎3項(xiàng)，三等獎1項(xiàng)；授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)，發(fā)表論文60余篇，公開出版教材和專著3部。

圖書目錄

第1章概述 001
1.1 背景 001
1.2 水下無線光通信技術(shù)現(xiàn)狀 004
1.2.1 國外研究進(jìn)展 004
1.2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展 007
參考文獻(xiàn) 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?shù)墓鈱W(xué)特性 018
2.3 光在海水中的衰減 020
2.4 水下光信道的研究方法 021
2.4.1 海洋光學(xué)實(shí)地測量 021
2.4.2 輻射傳輸方程計(jì)算解析法 026
2.4.3 MC方法 028
2.5 透明度反演水質(zhì)參數(shù) 029
2.5.1 遙感數(shù)據(jù)反演透明度模型 029
2.5.2 透明度反演衰減系數(shù)模型 031
2.6 黃海海域藍(lán)綠光傳輸特性 032
2.6.1 黃海海域藍(lán)綠光衰減系數(shù)分析 033
2.6.2 黃海海域藍(lán)綠光能量衰減分析 035
參考文獻(xiàn) 038
第3章水下無線光通信信道特性的仿真 041
3.1 MC方法 041
3.1.1 仿真假設(shè)和近似 044
3.1.2 仿真參數(shù)設(shè)置 044
3.1.3 遠(yuǎn)端光場分布特性分析 046
3.1.4 固定視場角和接收機(jī)半徑時的接收特性分析 049
3.2 改進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比 056
3.3 新型馬爾可夫鏈MC仿真 059
3.3.1 馬爾可夫鏈 059
3.3.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 060
3.3.3 角度分布 061
3.3.4 接收面上的能量 062
3.3.5 接收面上的時域分布 064
參考文獻(xiàn) 069
第4章水下無線光通信系統(tǒng) 071
4.1 UWOC系統(tǒng)架構(gòu) 071
4.2 發(fā)射機(jī) 073
4.2.1 發(fā)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(jī) 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(diào)制技術(shù) 081
4.4.1 數(shù)字脈沖調(diào)制 082
4.4.2 正交振幅調(diào)制 087
4.5 編碼技術(shù) 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(xiàn) 100
第5章水下無線光通信光源 102
5.1 固體藍(lán)綠光激光器概述 102
5.1.1 腔內(nèi)倍頻藍(lán)綠光激光器技術(shù) 103
5.1.2 腔外倍頻藍(lán)綠光激光器技術(shù) 104
5.1.3 腔內(nèi)和頻藍(lán)綠光激光器技術(shù) 105
5.1.4 光參量振蕩藍(lán)綠光激光器技術(shù) 105
5.2 全固態(tài)藍(lán)光激光器技術(shù) 106
5.2.1 基于鈦寶石的藍(lán)光激光器技術(shù) 107
5.2.2 基于準(zhǔn)三能級0.9 m波長的藍(lán)光激光器技術(shù) 108
5.2.3 基于1.3μm波長的藍(lán)光激光器技術(shù) 110
5.3 全固態(tài)綠光激光器技術(shù) 112
5.3.1 基于Nd:YLF晶體的綠光激光器技術(shù) 113
5.3.2 基于Nd:YAG晶體的綠光激光器技術(shù) 122
5.3.3 基于Nd:YVO4晶體的綠光激光器技術(shù) 130
5.4 全固態(tài)藍(lán)綠光激光器技術(shù)展望 133
參考文獻(xiàn) 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(shù) 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(shù) 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(jì)數(shù)接收技術(shù) 150
6.4.1 單光子探測接收 150
6.4.2 多光子計(jì)數(shù)接收 152
參考文獻(xiàn) 154
第7章水下長距離高速無線光通信系統(tǒng) 157
7.1 總體方案 157
7.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 159
7.3 光源選擇 161
7.4 探測器選擇 165
7.5 調(diào)制方式選擇 168
7.6 系統(tǒng)研制與集成 170
7.7 室內(nèi)外實(shí)驗(yàn) 173
參考文獻(xiàn) 176
第8章水下無線光通信應(yīng)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(yīng)用 185
8.5 空間跨介質(zhì)應(yīng)用 188
8.6 空天地海立體通信網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建 189
參考文獻(xiàn) 190
名詞索引 193