海底水下光学通讯系统研究
浅析水下无线电能传输技术的发展及应用趋势
浅析水下无线电能传输技术的发展及应用趋势水下无线电能传输技术是指通过无线电波将能量从水下的发射机传输到水下的接收机，实现水下设备和水下无线感知网络的能量供应。
本文将从水下无线电能传输技术的发展历程、现状以及应用趋势方面进行浅析。
第一阶段是1960年代初，主要研究水下声纳信号和水声通讯技术。
这个阶段主要解决的问题是水下声纳传输的信号强度衰减和传播损耗等技术难题，如采用高功率信号源、加大声纳数组面积等方式提高信号传输效果。
第二阶段是1970年代至1990年代初，主要通过光电传感器将水下光能转化为电能，然后通过电能传输到水下设备。
这个阶段的关键技术是光电传感器的发展与应用，如太阳能电池、光传感电池、光纤和光电转换器等。
第三阶段是1990年代至2000年代初，主要研究水下电磁波无线传输技术。
这个阶段提出了水下电磁波传输的概念，并通过水下接收机接收到电磁能量后将其转化为电能供应给水下设备。
这个阶段的关键技术包括水下天线设计、电磁波的传播特性研究和水下接收机的设计等。
目前，水下无线电能传输技术已经取得了一些重要进展。
在水下无线充电技术方面，美国麻省理工学院的研究团队开发出了一种通过声纳信号将能量传输到水下的设备，并成功实现对水下无人机的无线充电。
而在水下感知网络领域，研究人员也提出了一些解决方案，如通过水下无线充电技术为水下传感器供电，实现长时间持续运行。
一方面，水下无线电能传输技术将极大地推动水下智能设备和水下感知网络的发展。
通过无线充电技术为水下无人机、水下传感器等设备提供能源，将设备的使用时间延长、工作效率提高。
水下无线电能传输技术将为水下资源勘探、水下海洋观测等领域的发展提供支持。
水下资源勘探、海洋观测等任务对能源的需求巨大，传统的电池供电方式往往难以满足长时间持续运行的需求，而水下无线电能传输技术恰能解决这一瓶颈问题。
水下无线电能传输技术还有望应用于水下通讯系统的能源供应，提供持续稳定的电能给水下通讯设备，保证通讯系统的正常运行。
人类探索深海的技术手段和现状
人类探索深海的技术手段和现状在人类探索宇宙、登陆月球、探寻地球外生命的宏大目标面前，虽然深海探索相比之下可能显得“渺小”，但是深海是我们从未能完全探索过的地方，未知的奥秘和资源等待着我们去发掘。
深海也是我们生态系统的一部分，更好地了解它，有助于我们更好地理解和保护自然环境。
因此，深海探索一直是人类科学和技术的领域之一，进展和现状也备受关注。
一、深海的常规探测手段探测海洋的传统方法是借助声波来探测海洋底部。
靠近海底的声波会被底部反射回来，通过声波反射的反应时间，可以推算出海底的线条。
这种深海探测技术称为声纳系统技术，是20世纪50年代的一项较早技术。
另一种常规深海探测手段是海底钻探技术。
海底钻探是向深海底部钻取代表岩石和海洋物质的结核来进行地质研究。
海底环境复杂，进行海底钻探需要高端技术，目前仍处于比较落后的状态。
这些常规的深海探测技术已经取得了很多有益的成果，但是由于深海环境的特殊性，它们越来越显得力不从心。
二、深海无人探测器技术为了更好地探测深海，克服深海环境的困难，人类开始使用深海无人探测器技术。
深海无人探测器是指在深海自主工作的一种无人船或航标，既能完成自身的运动、定位和控制，又能实现深海观测或工作。
深海无人探测器技术是一项前沿技术，需要克服很多技术难题，如通讯、能源供应、在线控制等。
这些难题已经在不断攻克和进步。
三、深海水下机器人技术深海水下机器人是一种具有水下动力装置和操作部件的高科技装备，在深海作业和探测方面发挥重要作用。
深海水下机器人可以进行深海分布、深海采矿、深海艇巡游、复杂的深海物探等等。
近年来，随着软件、电机、制造等技术的进步，深海水下机器人技术得到了迅速发展。
深海水下机器人爆发不只在数量上，更在功能上未来的发展前景十分广阔。
深海机器人不会被水压影响，不会感到困惑和昏迷，在深海中能够精准的完成各种任务。
在物资方面，深海机器人与常规机械相比也能更好的适用于深海环境。
四、深海的未来作为人类探索的领域之一，深海探索已经取得了很多有益的成果，对于对于气候、环境、生态等方面的科学研究和探索都起到了决定性的作用。
国内外海洋试验场现状分析
国内外海洋试验场现状分析海上试验场是海洋观测、监测和调查仪器设备研发、海洋科学研究、实现科技兴海，促进高新科技成果转化及海洋可再生能源开发的重要试验平台。
国际海洋科技发达国家在国防工业、科学研究和技术开发中，对海上试验场的建设投入了大量研究和建设。
目前，国外海上试验场多数是海军装备研发测试、船舶与海洋装备试验、海洋科学基础问题研究等多功能一体化的综合性试验场，而国内海上试验场建设起步较晚，虽然取得了一定成果，但与国外相比仍存在一定差距。
一、国外试验场（一）挪威特隆赫姆峡湾试验场挪威特隆赫姆峡湾试验场由挪威科技大学自主海洋运行科技中心和挪威政府合作建立，于2016年底正式开放，主要用于海上机器人测试（图3-2），由于峡湾试验海域开阔且交通量相对较少，可以减少测试事故。
该试验场为西北东南走向，长约14 km，宽约1 km，水深近400 m，设有静态试验场、航行试验场、陆上试验站三部分。
静态试验场主要用于对处于系泊状态的海上机器人进行单机设备的测试任务；航行试验场的功能较为丰富，用于对以各种速度和深度航行的海上机器人（USV/AUV/UUV）进行相应的测试工作；陆上试验站配有雷达、通信设施及各种分析设备，负责对测试任务的指挥、实施及处理等工作。
使用该试验场的科研机构和企业包括Kongsberg Seatex、SINTEF Ocean、Maritime Robotics和Rolls-Royce Maritime等，测试从海上机器人（USV/AUV/UUV）的导航和防碰系统到运行安全和风险管理项目的所有内容。
图2-1 挪威特隆赫姆峡湾试验场（二）芬兰杰克蒙瑞智能船测试区芬兰杰克玻瑞（Jaakonmeri）智能船是全球首个与无人驾驶航运项目相关的测试区域，目前已正式运营。
该测试区是全球首个国际性测试区，为全球测试无人驾驶的海上运输、船舶或者相关的技术提供服务，服务的测试对象包括：载人智能船、无人船（USV）、无人潜航器（AUV／UUV）等。
全面解读全球海底光缆发展及我国海缆分布概况
全面解读全球海底光缆发展及我国海缆分布概况讯石光通讯网发布时间:2015/6/30 11:48:08 编者:iccsz点击277次摘要：其实所谓的全球互联网，就是世界各国的网络相互联接而组成的超大型局域网，其中实现洲际间的联接靠的是卫星通信和海底光缆。
ICCSZ讯让我们将时间回拨到上世纪50年代，那时候，不同计算机用户和通信网络之间进行常规通信的需求开始萌发，这也促使了分散网络、排队论和数据包交换等研究相继出现;随后，ARPAnet(阿帕网)于60年代问世，并于1973年扩展成为互联网;之后一年，ARPA的罗伯特·卡恩和斯坦福的温登·泽夫提出了TCP/IP协议，终于定义了在电脑网络之间传送报文的方法...，互联网大发展的序幕由此拉开!全球互联网的发展史可追溯到上个世纪50年代，那么我国又是何时接入(国际)互联网的呢?对此，业界较为认可的时间点是1994年4月，中国与国际的64K Internet 信道开通(借助国际卫星信道接入)，这也被认为是中国“走向世界”的一个转折点。
然而不得不说的是，这次我们与世界的沟通，还仅仅是“窄带”沟通，能做的也仅仅是让国内的几百名科学家“体验”收发电子邮件...。
那么今天我们所享受到的互联网“宽带”沟通又是如何实现的呢?答案就是海底光缆。
其实所谓的全球互联网，就是世界各国的网络相互联接而组成的超大型局域网，其中实现洲际间的联接靠的是卫星通信和海底光缆。
不过考虑到卫星通信带宽有限且价格不菲，因此全球90%以上的国际数据都是通过海底光缆进行传输的，也就是说，基本上是海底光缆构建了今天的全球“宽带”互联网!比互联网早100年的海底通信两大发明引领两次变革说起海底通信，其历史比互联网还要早100年，只不过当时的海底通信还是借助电缆来实现的——1850年盎格鲁-法国电报公司开始在英法之间铺设了世界第一条海底电缆，当时只能发送莫尔斯电报密码;而到了1866年，英国在美英两国之间铺设全成了跨大西洋海底电缆(The Atlantic Cable)的成功铺设，首次实现了欧美大陆之间跨大西洋的电报通讯。
超声波在水下的有效距离
超声波在水下的有效距离1. 引言1.1 超声波技术简介超声波技术是一种利用声波振动频率高于人类可听到频率的声波进行传播和通信的技术。
其频率通常超过20 kHz，可以用于测距、显像、材料检测等领域。
超声波在水下的应用也日益广泛，其在水下传播的特性使其成为水下通信、测距和成像的重要工具。
超声波在水下传播时会受到水的声速、水温、水压等因素的影响。
在水下有效传播的距离也受到多种因素的影响，如传感器的灵敏度、水的透明度等。
研究超声波在水下的有效距离以及影响因素对于水下应用具有重要意义。
超声波在水下的有效距离可以通过测量方法来进行评估，常见的方法包括水下声速测量、声波功率衰减测量等。
超声波在水下还可以应用于水下通信、水下生物探测、水下结构检测等领域。
随着技术的不断发展，超声波在水下的应用前景也将更加广阔。
2. 正文2.1 超声波在水下传播特点超声波是一种频率高于20kHz的机械波，在水下传播时具有一些特殊的特点。
超声波在水中传播的速度远远快于在空气中传播的速度，这是因为水的密度和压缩性比空气大很多。
超声波在水中传播时会遇到反射、衍射和折射等物理现象，这些现象会影响超声波在水下的传播路径和传播距离。
水中存在不同密度和温度的层级，这种温度梯度会对超声波传播造成一定影响。
超声波在水下传播时的衰减程度也是一个重要的特点。
随着传播距离的增加，超声波的能量会不断受到衰减，导致传播距离的限制。
在设计水下通信或探测系统时，需要考虑超声波在水中传播的特点，以确保系统能够正常工作并达到预期的效果。
超声波在水下传播具有速度快、受物理现象影响、受温度梯度影响和衰减严重等特点。
了解这些特点，可以帮助我们更好地应用超声波技术在水下领域，并克服传播距离限制，提高通信和探测的效率和准确性。
2.2 影响超声波在水下有效距离的因素影响超声波在水下有效距离的因素有很多，其中最主要的包括水质、水温、水压、水深等因素。
水质是影响超声波传播的重要因素之一。
UUV水下对接技术发展现状与关键技术
UUV水下对接技术发展现状与关键技术作者：许光来源：《声学与电子工程》2019年第04期摘要对国内外几种主要水下无人航行器（Unmanned underwater Vehicle，UUV）水下对接站进行了介绍，阐述了现有的几种水下对接站的工作方式和功能，并针对UUV水下对接所需的几项关键技术进行了分析，指出该项技术未来的发展趋势。
关键词UUV;水下对接;关键技术;能量补充;数据交换;综述uuv是一种无人自主式潜水器，其在执行简单枯燥并且时间很长的海洋数据收集活动方面有很大的优势。
随着uuv使用的越来越广泛和频繁，也出现了一些问题，主要有两点：（1）uuv受自带能量限制而不能长时间在水下工作，需要不断上浮进行回收和投放。
但在执行水面回收uuv任务时，不仅要动用大量船员和船舶的控制操作，还要考虑海面的风浪问题，特别是在大于5级浪的条件下根本难以回收。
（2）由于uuv与水面船只的通信只能靠声通讯，在深海工作时，其通信效率很低，限制了对uuv新指令的传达和测量数据的上报。
为了解决这两个问题，需要在海底建立一系列uuv水下对接站，让其在深海海底就能完成能源补充和数据交换，这样可以大大减少水面回收和释放时风险并节省了上浮和下潜时间，从而提高uuv的工作效率。
此外，水下对接站还是建立海洋观测网络的基础，通过uuv和水下观测站的对接，可以有效的在各个观测站之间传递能量和数据，并有可能对损坏的观测站进行水下修理。
1国外发展现状1.1美国目前美国对于uuv水下对接站的研究最多，有多个大学和研究机构开发出了较合理的水下对接系统，并且一些已经成为成熟产品，主要有WoodsHole海洋研究机构的REMUS型UUV 水下对接系统;MIT和Woods Hole开发的针对Odyssey型UUV的水下对接系统;NOSC开发的有缆Free SwimmerUUV水下对接站点;NRAD开发的Flying PlugUUV水下对接系统等。
声纳通信简介
引言简介：声纳通信摘要；水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,由于其在民用和军事上都有重大意义 .声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。
它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。
声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
到目前为止，声波还是唯一能在深海作远距离传输的能量形式。
于是探测水下目标的技术——声纳技术便应运而生。
声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。
他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山。
这种技术，到第一次世界大战时被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。
目前，声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。
此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。
和许多科学技术的发展一样，社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。
工作的原理声波是观察和测量的重要手段。
有趣的是，英文“sound”一词作为名词是“声”的意思，作为动词就有“探测”的意思，可见声与探测关系之紧密。
在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。
这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。
然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。
水声通信与水声网络的发展与应用_许肖梅
第28卷第6期声学技术Vo l.28,No.6 2009年12月 Technical Acoustics Dec., 2009水声通信与水声网络的发展与应用许肖梅(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，厦门 361005)摘要：水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一，其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征，使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求，面临极大的技术挑战。
介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状，分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术，包括调制、解调技术和信号检测技术；介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。
最后简要介绍美国Teledyne Benthos 公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。
关键词：水声Modem；水声网络；水声信道；Seaweb中图分类号：TB557 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2009)-06-0811-06DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.06.026Development and applications of underwater acousticcommunication and networksXU Xiao-mei(Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology,Ministry of Education, Xiamen University, Xiamen 361005, China)Abstract: Underwater acoustic channel is one of the most complex wireless communication channels. The inherent characteristics, such as space-time-frequency varying, narrow-band, high-noise, strong multipath interference, long transmission delay, and large fluctuation, make the effectiveness and reliability of underwater acoustic communication face enormous challenges. In this paper, the features and development of underwater acoustic communications and networks are introduced, the key techniques in UAC and UACN, including modulation, demodulation and signal de-tection analyzed, and the protocol layer in UACN provided. Finally the 4th generation modem made by Benthos and the US Navy‘s Seaweb Program and the perspective on development and application of UAC and UACN in China is illu-minated.Key words: underwater acoustic Modem; underwater acoustic network; underwater acoustic channel; Seaweb1 引言海洋蕴藏着丰富的资源，实现海洋观测、资源勘探与开发是当前各海洋国家最为关注的问题之一。
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海底水下光学通讯系统研究
近年来，随着人类对深海资源的研究和利用越来越深入，海底水下光学通讯系
统越来越受到人们的重视。现在，我将为您详细介绍一下海底水下光学通讯系统的
研究。
一、概述
海底水下光学通讯系统是指利用光学器件和光学传输介质，在海底及水下进行
光通讯的一种技术和系统。它可以实现高速、高带宽、低时延、抗干扰和节能等特
点，同时又可以满足深海石油勘探、海洋观测、海洋环境、水下声学等多个领域的
需求。
二、发展历程
首次记录光在湖水中传输的实验是在约翰·泰尔菲尔德的实验室完成的，这项
研究资助于1864年。在20世纪60年代，美国国防部资助了关于用光传输数据的
实验项目，目的是要开发出一种不依赖于电磁波传输的通信手段。由于声波的传播
受到海底地形、水温、水压等因素的影响，使得其传输速率受到限制。相反的，作
为计算机和通信领域中的主要方式之一，光通讯发展迅猛，其速率远远快于传统的
电磁波通信。
三、现状与挑战
目前，水下光通讯技术仍处于研究阶段，尚未形成成熟的商业解决方案，但已
经有一些相关技术和规范被制定。除了技术上的挑战，如光传输中非线性光学效应
引起的光功率衰减、光透过距离、海水中光纤附着物的影响等，水下光通讯系统的
海底布线、设备保护、环境监测等方面的问题也需要解决。
四、研究进展
在海底水下光学通讯系统的研究中，一些重要的进展包括:
1、开发了可用于水下数据通信的光纤。
2、研制了各种可用于水下光通讯的光源和检测器，例如激光器、LED光源、
光电倍增管等。
3、改善光通讯信道，包括减小光纤的损耗、改善插头，增加光纤绕组，增加
水下光缆的数量等，减少信号传输中的失真。
4、研究了一些新的调制技术，例如PDM（极化分集多元化）技术，可以将多
个光源的光纤合成为一个光纤，提高信号传输的效率和距离。
五、应用前景
海底水下光学通讯系统的研究与应用前景广阔，包括海洋环境监测、深海石油
勘探、海洋观测、水下航运与港口管理、海底电力输送与电力网络等。通过应用海
底水下光学通讯系统，可以实现高速互联、大数据传输和数字化设备控制，提高深
海资源的开发效率和控制能力，为科研和实际应用提供了新的技术支持和保障。
六、结论
因此，海底水下光学通讯系统的研究和应用，是一个有潜力、前景广泛的领域。
然而，由于技术发展速度快，可能出现的新问题和新挑战值得我们持续关注和研究。