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基于PWM调制的激光致声空-水跨介质通信方法

陈英楠 赵扬 周志权 曹逸飞 张发祥

陈英楠, 赵扬, 周志权, 等. 基于PWM调制的激光致声空-水跨介质通信方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(4): 637-643 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0019
引用本文: 陈英楠, 赵扬, 周志权, 等. 基于PWM调制的激光致声空-水跨介质通信方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(4): 637-643 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0019
CHEN Yingnan, ZHAO Yang, ZHOU Zhiquan, CAO Yifei, ZHANG Faxiang. Laser-Induced Acoustic Air-Water Trans-Medium Communication Based on PWM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(4): 637-643. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0019
Citation: CHEN Yingnan, ZHAO Yang, ZHOU Zhiquan, CAO Yifei, ZHANG Faxiang. Laser-Induced Acoustic Air-Water Trans-Medium Communication Based on PWM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(4): 637-643. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0019

基于PWM调制的激光致声空-水跨介质通信方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0019
基金项目: 哈尔滨工业大学校内培养重大项目资助(2022FRFK01011); 山东省重大科技创新工程(2022ZLGX04); 山东省自然科学基金面上项目(ZR2021MF126).
详细信息
    作者简介:

    陈英楠(1999-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为跨介质通信

    通讯作者:

    赵 扬(1982-), 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为光声检测与通信技术.

  • 中图分类号: TJ6; U675.7

Laser-Induced Acoustic Air-Water Trans-Medium Communication Based on PWM

  • 摘要: 激光致声通信作为实现空-水跨介质无节点通信的关键技术, 其研究和应用日益受到关注。在高重复频率条件下, 传统的基于单脉冲识别的调制解调方式由于脉冲间相互干扰加剧, 对码元判定造成明显干扰进而导致误码率较高而无法正常通信。针对此, 文中提出了一种采用基于脉宽调制(PWM)的新型激光致声通信方法, 采用最大重复频率为500 Hz的Nd: YAG脉冲激光器, 通过调整激光脉冲数量产生不同宽度的PWM调制信号, 然后在接收端通过脉冲宽度进行码元识别。实验结果表明, 采用PWM调制的通信方式可以有效降低脉冲之间干扰带来的译码错误, 在最高400 Hz重复频率下误码率仅为8%, 提升了高重复频率下激光致声通信的可靠性和有效性。

     

  • 图  1  基于激光致声的空-水跨介质通信

    Figure  1.  Laser-induced acoustic air-water trans-medium communication

    图  2  DFB-FL水听器结构组成

    注: PGC为相位产生载波(phase generated carrier); PZT为压电陶瓷(piezoelectric ceramics)

    Figure  2.  Structure composition of DFB-FL hydrophone

    图  3  PWM码元结构图

    Figure  3.  Structure diagram of PWM code element

    图  4  激光致声通信实验系统结构示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of laser-induced acoustic communication experimental system

    图  5  接收端信号检测处理流程图

    Figure  5.  Flow chart of signal detection and processing at the receiver end

    图  6  滑动窗口激光致声信号检测算法流程

    注: MFCC为梅尔频率倒谱系数(Mel frequency cepstrum coeffi- cient)

    Figure  6.  Flow chart of detection algorithm of sliding window laser-induced acoustic signal

    图  7  不同重复频率的激光声信号

    Figure  7.  Laser acoustic signals with different repetition frequencies

    图  8  不同宽度的PWM激光声信号

    Figure  8.  PWM laser acoustic signals with different widths

    图  9  激光致声信号与整形后波形

    Figure  9.  Laser-induced acoustic signal and its shaped waveform

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-19
  • 修回日期:  2024-03-16
  • 录用日期:  2024-05-07
  • 网络出版日期:  2024-07-08

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