本發(fā)明涉及水體衰減系數(shù)測量領(lǐng)域，特別是一種水體衰減系數(shù)的測量方法。

背景技術(shù)：

1、海洋水體的光學(xué)屬性測量在多方面具有重要意義，特別是對海洋學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水質(zhì)監(jiān)測和水下通信等領(lǐng)域，海洋水體的光學(xué)屬性主要分為固有光學(xué)屬性(inherentoptical?parameters,iop)和表觀光學(xué)屬性(apparent?optical?parameters，aop)，在海洋水體的iop中，水體衰減系數(shù)c反映了水體對不同波長光的吸收和散射特性，直接影響光在水中的傳播深度，一般通過光譜吸收和衰減傳感器(spectral?absorption?andattenuation?sensor，ac-s)等專業(yè)設(shè)備對水體衰減系數(shù)進行測量。

2、水下無線光通信因其極高的通信帶寬和通信速率是實現(xiàn)水下高速通信的一種重要方式。但由于海洋固有的光學(xué)特性、海洋湍流、趨膚效應(yīng)等的影響，水對光有強烈的衰減作用，光在海水中傳輸?shù)木嚯x有限，隨著傳輸距離的提升，接收光信號的波形會發(fā)生時間域展寬和空間域展寬，這導(dǎo)致通信誤碼率升高，甚至無法通信。水體衰減系數(shù)是影響光在水中傳輸距離的重要原因，水下光通信機在不同水體衰減系數(shù)的水體中通信，需要根據(jù)水體的水體衰減系數(shù)調(diào)整通信速率以達到最佳通信效果。水體衰減系數(shù)是水下光通信機設(shè)置其工作參數(shù)的重要依據(jù)，決定了水下光通信機在水體中的最大通信距離，同時也被用于評估其通信性能。但是目前的水下光通信機自身都不具水體衰減系數(shù)的測量功能，需要額外使用專業(yè)設(shè)備(如ac-s)進行水體衰減系數(shù)的測量，這些設(shè)備價格高昂、使用步驟復(fù)雜繁瑣，無法實時測量，而且在一些特殊地域(如深海)不便于使用。

3、因此急需一種基于水下光通信機的適用范圍廣、操作簡單、可以實時監(jiān)測水體衰減系數(shù)的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種水體衰減系數(shù)的測量方法，過一對水下光通信機(a機和b機)協(xié)同工作，實現(xiàn)高精度、可調(diào)參數(shù)的水體衰減系數(shù)測量。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、本發(fā)明提供一種基于水下光通信機通信信號測量水體衰減系數(shù)的方法，其特點在于，包括：

4、通過一對水下光通信機(以下簡稱a機和b機)配合完成測量過程。

5、步驟s1：光通信機進行空氣校準(zhǔn)和純水校準(zhǔn)獲取發(fā)射基準(zhǔn)光強ic；

6、步驟s2：利用水下光通信機構(gòu)建測距數(shù)據(jù)幀通過測量傳輸時間差taba完成通信距離s測量；

7、步驟s3：處理經(jīng)過水下信道后的通信信號的全波形數(shù)據(jù)獲取經(jīng)過水衰減后的接收光強iout；

8、步驟s4：綜合通信距離s、發(fā)射基準(zhǔn)光強ic、衰減后的接收光強iout進行數(shù)據(jù)處理，獲取水體衰減系數(shù)c并進行校正。

9、進一步，所述空氣校準(zhǔn)主要用于儀器基線校準(zhǔn)和儀器自檢，純水校準(zhǔn)主要用于消除水分子自身影響和矯正相對測量，所述步驟s1的校準(zhǔn)包括以下子步驟：

10、s1.1進行空氣校準(zhǔn)，將a機和b機放入暗室的空氣中，單獨啟動并檢測光學(xué)路徑是否清潔無塵，確保通信機正常工作，待光通信機穩(wěn)定后，記錄系統(tǒng)噪聲in，空氣校準(zhǔn)結(jié)束；

11、s1.2進行純水校準(zhǔn)，將a機和b機放入暗室裝有純凈水的水箱內(nèi)并對準(zhǔn)，記錄兩者距離，該距離稱為校準(zhǔn)距離l；

12、s1.3設(shè)定b機激光通信光強iin，b機按所設(shè)激光通信光強iin發(fā)送測距數(shù)據(jù)幀，待光強穩(wěn)定且水體穩(wěn)定后，記錄a機處的測量光強i1，使用計算公式ic＝i1-in獲得發(fā)射基準(zhǔn)光強ic；

13、s1.4更改b機激光通信光強iin，重復(fù)步驟s1.3,測量不同iin下對應(yīng)的發(fā)射基準(zhǔn)光強ic；

14、進一步，所述測距數(shù)據(jù)幀由激光通信光強iin和通信內(nèi)容構(gòu)成的通信數(shù)據(jù)經(jīng)過rs編碼和加擾處理并插入幀同步序列形成，測距數(shù)據(jù)幀包括同步序列、凈荷數(shù)據(jù)比特以及rs校驗碼；

15、進一步，所述通信距離s為水下光通信機a機和b機在對準(zhǔn)的前提下，激光在水下信道中光路的幾何長度，其值反應(yīng)了a機和b機的相對距離，所述步驟s2通信距離s計算包括以下子步驟：

16、s2.1設(shè)定a機激光通信光強iin，a機按所設(shè)激光通信光強iin發(fā)送測距數(shù)據(jù)幀并開始計時，經(jīng)過水下信道后由b機接收；

17、s2.2?b機對測距數(shù)據(jù)幀進行解碼，獲取a機的激光通信光強iin；

18、s2.3?b機按a機的激光通信光強iin發(fā)送測距數(shù)據(jù)幀給a機，經(jīng)過水下信道后由a機接收并立刻停止計時，獲得時間差；

19、s2.4?a機對接收的全波形數(shù)據(jù)進行判斷，若全波形數(shù)據(jù)飽和，則降低激光通信光強iin,若全波形數(shù)據(jù)太弱，則增大激光通信光強iin，并重復(fù)步驟s2.1-s2.3,獲取全波形數(shù)據(jù)強度合適時的時間差作為傳輸時間差taba，并將此時a機接收到的全波形數(shù)據(jù)用于接收光強iout的測量。

20、s2.5利用保護時隙tp、系統(tǒng)固有延遲tc、傳輸時間差taba在a機中計算通信距離s，其計算公式為其中c為真空中光速，n水為當(dāng)前水體折射率。

21、進一步，所述步驟s2.5中的保護時隙tp和系統(tǒng)固有延遲tc均為已知量，保護時隙tp為半雙工通信的保護時隙，為通信設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)固有延遲tc由設(shè)備出場時標(biāo)定所得；

22、進一步，所述全波形數(shù)據(jù)為測距數(shù)據(jù)幀以激光為載波通過水下信道后的波形形狀，其波形物理意義為隨時間變化的接收波信號強度；

23、進一步，所述經(jīng)過水衰減后的接收光強iout利用步驟s2.4中的全波形數(shù)據(jù)計算所得，所述步驟s3接收光強iout計算包括以下子步驟：

24、s3.1對步驟s2.4中的全波形數(shù)據(jù)進行波形預(yù)處理，截取n個數(shù)據(jù)比特“1”的接收波形i；

25、s3.2計算波形強度值的平均值作為接收光強iout，計算公式為

26、進一步，所述步驟s4水體衰減系數(shù)c的計算和校正包括以下子步驟：

27、s4.1根據(jù)激光通信光強iin，尋找步驟s1中的對應(yīng)的發(fā)射基準(zhǔn)光強ic；

28、s4.2根據(jù)激光發(fā)射角θ、通信機接收面直徑d、步驟s2中的通信距離s、校準(zhǔn)距離l、發(fā)射基準(zhǔn)光強ic計算修正后的參考光強i0，其計算公式為：

29、s4.3使用步驟s2中的通信距離s、參考光強i0、步驟s3中的接收光強iout，計算水體衰減系數(shù)c，其計算公式為：

30、s4.4進行數(shù)據(jù)處理，對計算水體衰減系數(shù)c進行校正，如溫度校正、濕度校正；

31、進一步，所述激光通信光強iin和通信距離s均可調(diào)，在進行水體衰減系數(shù)計算時，可調(diào)整不同的激光通信光強iin和通信距離s進行計算，以獲得更精確的水體衰減系數(shù)。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

33、1、本發(fā)明進行水下無線光通信時，在通信的過程中即可完成通信距離s和水體衰減系數(shù)c測量，無需依賴額外設(shè)備，使得測量變得簡單，整個系統(tǒng)也得到簡化；

34、2、本發(fā)明在進行水下無線光通信過程中即可進行測量，實時性高；

35、3、本發(fā)明測量平臺為水下光通信機，該設(shè)備可安裝在auv等水下可移動平臺，部署方便，操作簡單，測量靈活，適用范圍廣；

36、4、本發(fā)明進行測量時，通信功率可調(diào)、兩通信機間的距離可調(diào)，采用不同功率、不同距離測量可提高測量精準(zhǔn)度；

37、5、相較于傳統(tǒng)的ac-s機，本發(fā)明操作更簡便，可彌補傳統(tǒng)ac-s機無法在深海等特殊領(lǐng)域測量的缺陷，適用范圍更廣。

38、為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。在以下描述內(nèi)容中將部分闡述本發(fā)明的額外特征及優(yōu)點，且此等特征及優(yōu)點將部分自所述描述內(nèi)容顯而易見，或可借由對本發(fā)明的實踐習(xí)得。