第 1章 概述 001
1.1 水下无线光通信背景介绍 002
1.2 研究与应用现状 004
1.3 水下无线光通信链路及系统组成 010
1.4 水下无线光通信的主要技术挑战 011
1.5 本章小结 012
参考文献 012
第 2章 光电收发器件及特性 017
2.1 LED与激光光源 018
2.1.1 LED光源 018
2.1.2 激光光源 021
2.2 光电探测器件及阵列结构 022
2.2.1 光电二极管 022
2.2.2 光电倍增管 025
2.2.3 SPAD 027
2.2.4 图像传感器 029
2.2.5 混合光传感器 032
2.3 滤光片与光学系统 033
2.4 本章小结 035
参考文献 036
第3章 水下宽光谱传输信道特性 039
3.1 水下传输链路的输入/输出功率关系 040
3.2 水体的宽光谱散射吸收效应 041
3.2.1 海水的吸收效应 043
3.2.2 海水的散射效应 045
3.3 跨水面与分层水体信道特性 048
3.3.1 跨水面信道特性 049
3.3.2 分层水体信道特性 051
3.4 近水面太阳背景的纵深衰减特性 053
3.5 光子追踪和蒙特卡洛仿真方法 055
3.5.1 蒙特卡洛仿真方法简介 056
3.5.2 仿真流程 056
3.5.3 初始条件设置 057
3.5.4 光子运动与光子接收 059
3.6 水下湍流信道随机特性 061
3.6.1 常用湍流分布模型 062
3.6.2 湍流下的闪烁因子 065
3.6.3 湍流下的光强分布 066
3.7 水下气泡信道随机特性 069
3.7.1 微米级气泡 070
3.7.2 动态气泡 071
3.8 本章小结 073
参考文献 074
第4章 水下无线光通信调制技术 077
4.1 波长域调制 078
4.2 角动量域调制 079
4.3 频率域调制 081
4.4 相位域调制 083
4.5 传统强度及脉冲调制 084
4.6 本章小结 085
参考文献 085
第5章 水下无线光通信信号检测技术 087
5.1 光信号的检测方法简介 088
5.1.1 直接检测 088
5.1.2 外差检测 089
5.2 基于PMT的弱信号检测 090
5.2.1 隐马尔可夫模型 090
5.2.2 基于HMM的信号检测 093
5.2.3 基于HMM的检测算法性能对比 094
5.3 基于SPAD的弱信号检测 095
5.3.1 数字SPAD泊松信道下的信号检测 095
5.3.2 泊松 高斯混合信道下的信号检测 097
5.3.3 考虑SPAD死时间下的信号检测 098
5.3.4 采用SPAD阵列的信号检测 099
5.4 基于CMOS传感器的光信号检测 101
5.5 本章小结 103
参考文献 103
第6章 收发端动态跟瞄技术 107
6.1 动态跟瞄系统简介 108
6.1.1 动态跟瞄系统框架 108
6.1.2 国内外动态跟瞄技术研究现状 109
6.2 阵列接收跟瞄技术 111
6.3 光斑搜索与光源定位算法 113
6.3.1 基于相机的光源定位原理 113
6.3.2 光斑中心估计方法 115
6.4 跟瞄实验系统与性能验证 119
6.4.1 动态跟瞄系统基本原理 119
6.4.2 跟瞄实验系统的结构 119
6.4.3 光源跟瞄的技术方法 120
6.4.4 跟瞄实验系统的性能验证 124
6.5 本章小结 128
参考文献 129
第7章 水下无线光通信系统与性能分析 133
7.1 基于LED的水下无线光通信性能分析 134
7.1.1 LED频率特性 134
7.1.2 基于LED的均衡技术 136
7.1.3 带限信道信号设计 139
7.1.4 接收端信噪比与信号调制带宽的依赖关系 140
7.1.5 考虑水体衰减下的信噪比 143
7.2 基于LED的水下无线光通信系统设计与实验验证 145
7.2.1 基于LED的水下无线光通信系统实验设置 145
7.2.2 系统传输参数优化 146
7.2.3 实验性能分析 148
7.3 基于激光的水下无线光通信性能分析 149
7.3.1 激光光强分布特性 150
7.3.2 激光非线性补偿 151
7.3.3 基于激光的水下传输性能仿真 152
7.3.4 基于激光的水下传输特性理论仿真 154
7.4 基于激光的水下无线光通信系统设计与实验验证 158
7.4.1 实验方案与装置 158
7.4.2 实验性能分析 159
7.5 跨水面激光通信实验系统设计与性能验证 161
7.5.1 实验方案与装置 161
7.5.2 实验结果与分析 162
7.6 本章小结 164
参考文献 164
第8章 水下安全无线光通信 167
8.1 安全通信发展简介 168
8.2 水下量子信道 169
8.3 量子密钥分发 172
8.4 量子加密下的水下无线光通信 176
8.5 信息安全传输技术 177
8.5.1 光斑扩散导致的信息泄露 177
8.5.2 非视距散射信道导致的信息泄露 178
8.5.3 光通信安全传输技术概述 179
8.6 本章小结 182
参考文献 182
中英文对照表 187
名词索引 189
