一、引言
近十年来，水下成像技术的快速发展，以及自主式水下机器人等技术的日益普及，相应的，海洋工程项目已成为研究焦点，海洋资源保护和海洋国防建设变得越来越重要。当研究目标处于水下时，尤其是在军事方面，水下潜艇、水面舰艇、监测传感器之间的无线交换速率和时间同步至关重要。由于水下水声技术存在着传输速率低、带宽窄、延时较长、功耗和体积大等问题，因此，发展近距离水下信息传输和时间同步技术已成为海洋监测需要尽快解决的问题。
对于水下环境而言，本文是利用无线激光替代传统无线电平台或声波，能够解决无线电或声波在水下传输时衰减严重的问题。旨在为未来精准海下追踪以及为水下精准定位和授时提供一个可靠的参考依据。
二、水下激光的前景与发展
由于科技的发展，目前无线电授时、光纤授时以及卫星授时等技术为高精度授时提供了坚实的理论基础和技术基础，发展也日趋完善成熟。19世纪初，美国完成了大范围无线电授时的调试工作，所使用的短波无线电授时技术迅速得到了广泛的推广，应用了长达半个多世纪，但该技术不能满足发展的要求。20世纪80年代，我国建立的授时台信号覆盖我国整个陆地和近海海域，克服了多径效应导致的传播时延无法确定和覆盖区域小的缺陷。后北斗/GPS的投入使用进一步提高信号同步精度。根据行业历史分析，在水下无线激光通信方案中，光强在海水信道作用下产生随机衰减。针对水下环境，水下导航定位技术在国际上近几年发展迅速，对应的水下授时服务却存在技术瓶颈。
激光是二十世纪继核能、半导体、计算机后又一重大发明，激光凭借能有效抑制水下后向散射,明显提高信号信噪比,保密性强，可适用于各种复杂的环境而广泛应用于各种领域。激光器是主要可以分为连续激光器和脉冲激光器，超快激光器是超短脉冲激光器。激光器发射激光信号灵活多变，方便调制，例如研究中的高斯激光脉冲在水下研究中起到了非常积极的作用。
三、研究点
（一）水下激光传输特性
通过对海水光学特性的研究，用水下光传输的Rytov近似法结合随机相位屏法，模拟并分析水下激光传输信道，研究水下激光在水下信道传输中水下信道对水下信号造成严重衰减带来的终端接收信号特性，分析经过水下信道后的水下激光信号的特性，建立信道模型，研究水下信道中激光传输特性。
（二）水下激光传输系统及方法
建立水下激光传输系统，完成水下激光传输特性研究。由光发射机发射激光信号，对激光信号进行调制,并设置相应的调节信号参数,包括调频、调相、调节脉冲信号宽度、深度等。根据实际水下情况选择合适的参数；调制激光信号经水下信道后到达信号接收器,再由信号接收器反射经相同的介质返回,回波信号被一高速探测器接收并提取该调制信号进行信号处理,激光信号处理结果对应目标距离信息。
（三）水下激光信号抖动分析
水下后向散射引起的水下信号信噪比低、目标对比度差、测距量程小精度差的问题。根据海洋湍流随机相位屏的数学模型，构建激光在海洋湍流中传输的信道模型并建立信号抖动模型，进一步探讨激光在水下信道传输的过程中存在的抖动现象，并分析其抖动特性和抖动幅度围。对传输距离和湍流类型等因素对授时稳定度产生的影响进行建模并计算。
四、创新点
水下通信相对于空中无线通信而言，由于水体本身的复杂性会对传输信号带来一定的干扰。然而，由于水下激光信息承载能力强，传输码率高，水下通信性能较好，能有效抑制水下后向散射,明显提高信号信噪比,可适用于各种复杂的水下环境,提升水下测距精度和测距量程，水下激光传输抗干扰能力强并且一旦发生拦截，通信链路即中断，所以具有更好的安全保密性。因此，由无线激光为载体传输信号，可以弥补水下声学传感器系统的缺陷，水下信道结合水下激光完成水下精密传输是一种可行的实现方式。
图1 水下激光传输系统
五、结束语
针对水下环境而言，当研究目标处于水下时，特别是在军事方面，水下潜艇、水面舰艇、监测传感器之间的无线交换速率和时间同步更为重要。水下激光信号传输系统发射端是利用无线激光信号替代传统无线电信号平台或声波信号的，能够解决无线电或声波在水下传输时时延大且衰减严重的问题。通过建立水下信道模型和分析水下激光信号传输模型，然后对其在水下信道的激光信号传输抖动特性进行研究，在完成信息交互时更快、更可靠。
作者简介：邓健全，男，云南昭通人，本科生
通信作者：周晓燕，女，河北石家庄人
