針對(duì)無(wú)人潛航器（UUV）在水下容易受復(fù)雜環(huán)境的干擾而造成相對(duì)光源姿態(tài)偏轉(zhuǎn),使定位與通信受影響的問(wèn)題,提出了一種基于曲面陣列的水下定位通信方案,依此方案設(shè)計(jì)了一套基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）為處理核心的水下定位通信系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:此系統(tǒng)能夠精確估計(jì)出接收端相對(duì)光源的姿態(tài)并做出調(diào)整,在調(diào)整姿態(tài)后其通信性能具有明顯提升。 

【文章來(lái)源】：光通信技術(shù). 2020,44(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

不同偏轉(zhuǎn)角度下的通信性能

為了更好地還原光強(qiáng)分布，本文用三維高斯光強(qiáng)來(lái)模擬接收端陣列接收面上的光強(qiáng)分布[3-4]，如圖1所示。由于光電探測(cè)器的響應(yīng)度特性并非理想的曲線，曲面陣列上各個(gè)探測(cè)器相對(duì)光源的傾斜角不相同，所以實(shí)際通過(guò)光電探測(cè)器得到的光強(qiáng)分布并非如圖1所示[5]。曲面上探測(cè)器的分布間距是決定定位精度的關(guān)鍵。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)曲面上探測(cè)器采用了非等間距的方案以期達(dá)到最佳的定位精度。其分布規(guī)則如下：

UUV最大偏轉(zhuǎn)角度下的姿態(tài)如圖2所示，邊界探測(cè)器在UUV最大偏轉(zhuǎn)時(shí)與光源軸線的相對(duì)角為0°，意味著能以最大的接收效率在此處進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換[6]。假定目前σn代表了陣列中邊界探測(cè)器這一支路的噪聲，那么邊界探測(cè)器光/電轉(zhuǎn)換后的電壓需要大于噪聲σn，以便準(zhǔn)確提取此處光場(chǎng)的分布特征。同時(shí)，邊界探測(cè)器對(duì)應(yīng)位置的光強(qiáng)可由三維高斯光強(qiáng)分布特性確定。在某一海域中使用已知的光源與光電探測(cè)器件（器件、海水信道相關(guān)的具體參數(shù)已知），根據(jù)式（1）可以確定此海域中特定探測(cè)器能接收到信號(hào)時(shí)發(fā)射光源所需要的峰值功率Ipeak[7-8]。由圖2可知，根據(jù)三角形的相似性，線a與線b平行，則邊界探測(cè)器與中心探測(cè)器的角度和UUV偏轉(zhuǎn)的角度都為θ。確定了光源峰值功率Ipeak后由中心探測(cè)器開(kāi)始逐步向外確定其余探測(cè)器的位置。根據(jù)所選用光電探測(cè)器的響應(yīng)度曲線與相對(duì)角靈敏度曲線可知，在未發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，中心探測(cè)器與光源軸線的相對(duì)角為0°，此時(shí)中心探測(cè)器的接收光功率為[9]:


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