CN105826157A - 水下可见光通信接收检测方法、装置及系统 - Google Patents

水下可见光通信接收检测方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种水下可见光通信接收检测方法、装置及系统，通过根据所处的不同的水下环境采用不同的方式对可见光信号进行检测，若在正常的浅水或光亮的水下环境下，则基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；若在光强度微弱的深海或水下黑暗环境下，基于光电倍增管，将光电倍增管当前输出的电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。基于此，面对负载的水下环境，采用多种可见光通信接收检测方式对光信号进行检测，实现了大大提高了水下可见光通信可靠性的目的。

Description

水下可见光通信接收检测方法、装置及系统
技术领域
本申请属于可见光通信技术领域，尤其是，涉及一种水下可见光通信接收检测方法、装置及系统。
背景技术
可见光通信(VLC，VisibleLightCommunication)是指利用荧光灯或发光二极管(LED)等光源发出的可见光信号实现信息传输，接收端由光电二极管(PD)检测恢复信息的新兴无线通信技术。该可见光通信作为一种新兴的无线通信技术被应用于多个领域。
当前水下的可见光通信接收检测技术主要基于光强检测，水下可见光通信接收检测器主要基于PD(PIN光电二极管)和雪崩光电二极管(APD，AvalanchePhotoDiode)构成。但是目前所采用的光强检测，只是基于PD和APD简单的将检测到的光强信号进行光电流进行放大，方法比较单一。另外，在水深过深或深海黑暗环境下远距离传输时，到达上述接收检测器的光强度十分微弱，采用上述现有技术中的光强检测无法达到可靠通信的要求。
由此可知，现有技术中所采用的可见光通信接收检测方式单一，面对复杂的水下环境，大大限制了水下可见光通信的可靠性。
发明内容
本申请公开了一种水下可见光通信接收检测方法及装置，以解决现有技术中接收检测方式单一，大大限制了水下可见光通信的可靠性的问题。
为解决上述问题，公开了以下技术方案：
一种水下可见光通信接收检测方法，适用于设置有光电倍增管的可见光通信接收检测装置，该水下可见光通信接收检测方法包括：
检测当前所处的水下环境；
若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管输出的电流，并将所述电流转换为等效的光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号，包括：
若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述当检测到进入深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号，包括：
若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
放大所述暗电流；
将放大后的所述暗电流转换为等效的光通路，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述光电倍增管的光电倍增范围包括9～12个倍增级。
一种水下可见光通信接收检测装置，包括：
环境检测器，用于检测当前所处的水下环境，若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，执行光强检测器，若检测到检测到处于深海或水下黑暗环境时，则执行暗电流转换器；
光强检测器，用于对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
具有光电倍增管的光信号检测器，用于获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述光信号检测器包括：
光电倍增管，用于检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
光通量转换器，用于将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述光信号检测器包括：
光电倍增管，用于检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
暗电流检测器，用于检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
放大器，用于放大所述暗电流；
光通量转换器，用于将放大后的所述暗电流转换为等效的光通路，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
优选的，所述光电倍增管包括阴极，聚焦极电场，倍增系统和阳极，所述倍增系统中设置有多级倍增级；
所述阴极，用于接收光信号，将所述光信号转换为光电子后，发射至所述聚焦极电场；
所述聚焦极电场，用于将所述光电子进行聚焦，并将得到的电子流加速输入至所述倍增系统；
所述倍增系统，用于接收撞击至第一倍增级的所述电子流并进行二次电子发射，使所述二次电子发射的所述电子流加速撞击至下一倍增级再进行二次电子发射，依次在多级倍增级之间进行加速撞击，直至加速撞击至最后一级倍增级，输出倍增后的电子流；
所述阳极，用于收集所述倍增后的电子流，输出相应的电流。
优选的，所述倍增系统中的倍增级的范围包括9～12个倍增级。
一种水下可见光通信系统，包括上述所述的水下可见光通信接收检测装置。
本申请实施例公开了一种水下可见光通信接收检测方法、装置及系统，该技术方案根据所处的不同的水下环境采用不同的方式对可见光信号进行检测，若在正常的浅水或光亮的水下环境下，则基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；若在光强度微弱的深海或水下黑暗环境下，基于光电倍增管，将光电倍增管当前输出的电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。基于此，面对复杂的水下环境，采用多种可见光通信接收检测方式对光信号进行检测，实现大大提高水下可见光通信可靠性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一公开的一种水下可见光通信接收检测方法的流程图；
图2为本申请实施例二公开的一种水下可见光通信接收检测方法的流程图；
图3为本申请实施例公开的光电倍增管的结构示意图；
图4为本申请实施例二公开的一种水下可见光通信接收检测方法的流程图；
图5为本申请实施例三公开的一种水下可见光通信接收检测装置的结构示意图；
图6为本申请实施例三公开的光信号检测器的结构示意图；
图7为本申请实施例三公开的光信号检测器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
由背景技术可知，现有技术中所采用的可见光通信接收检测方式单一，面对复杂的水下环境，大大限制了水下可见光通信的可靠性。因此，本申请公开了一种水下可见光通信接收检测的技术方案，在不同的水下环境中采用不同的可见光通信接收检测方式对光信号进行检测，实现大大提高水下可见光通信可靠性的目的。具体通过以下实施例进行详细说明。
实施例一
本申请实施例一公开的一种水下可见光通信接收检测方法。该水下可见光通信接收检测方法适用于设置有光电倍增管的可见光接收检测装置。该光电倍增管(PMT，ThePhotomultiplierTube)是一种将微弱光信号转换成电信号，以及在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出的光电探测器。如图1所示，该水下可见光通信接收检测方法主要包括：
S101，检测当前所处的水下环境；
在S101中，通过可检测水深和/或水下光线的检测设备，检测当前可见光接收检测装置所处的水下环境，如处于多深的水中，或者当前水下的环境光强如何。当水深超过预设水深则执行S103，否则执行S102；当光强低于预设光强则执行S103，否则执行S102。根据所处的环境不同，采用不用的可见光接收检测，能够确保最大程度的完成水下可见光通信。
S102，若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
在S102中，若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，也就是说处于比较正常的水下环境中，此时可以采用普通的检测方法。即基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号。
S103，若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
在S103中，若检测到处于深海或水下黑暗环境时，也就是说当前处于光信号无法很好完成远距离传输，到达该可见光接收检测装置的光强度非常微弱。因此，当前基于可以在黑暗环境中将微弱光信号转换为电信号，以及在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出的光电倍增管，获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
本申请实施例公开的技术方案，根据所处的不同的水下环境采用不同的方式对可见光信号进行检测，若在正常的浅水或光亮的水下环境下，则基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；若在光强度微弱的深海或水下黑暗环境下，基于光电倍增管，将光电倍增管当前输出的电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。基于此，面对复杂的水下环境，采用多种可见光通信接收检测方式对光信号进行检测，实现大大提高水下可见光通信可靠性的目的。
实施例二
基于上述本申请实施例一公开的水下可见光通信接收检测方法，在执行若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管输出的电流，并将所述电流转换为等效的光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号的S103的过程中，有两种不同的情况，一种为能够检测到微弱的光信号，一种为完全检测不到光信号的情况。
在本申请实施例公开的技术方案中，优选的，如图2所示：
S201，若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
在S201中，光电倍增管如图3所示，包括阴极K，聚焦极电场D，倍增系统D1～D10和阳极a。图3中还示出了入射光EV，负载RL和V0输出电压。所述倍增系统中设置有多级倍增级，图3中则示出10级倍增级，-100～-1200为各倍增级电压。但是本申请对于倍增系统中的倍增级个数并不仅限于此，还可以更多，一般情况下为9～12个倍增级。
该光电倍增管的工作原理为：
当阴极检测到有输入的光信号，将所述光信号转换为光电子后，发射至所述聚焦极电场进行聚焦，并将得到的电子流加速输入至所述倍增系统，该电子流在聚焦电场的加速情况下，撞击倍增系统的第一倍增级上产生二次电子发射，由此可产生多于光电子数目的电子流，然后这些二次发射的电子流再次被加速撞击至下一个倍增级，再次产生二次电子发射，如此依次在多级倍增级之间进行加速撞击，直至加速撞击至最后一级倍增级，得到倍增后的电子流，所述阳极则收集所述倍增后的电子流，输出相应的电流。
S202，将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
在S202中，由光通量转换器将上述放大后的电流转换为等效的输入光信号的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号才，从而实现对水下可见光通信接收检测。也确保了在水下黑暗环境中的可见光通信的可靠性。
在本申请实施例公开的技术方案中，优选的，如图4所示：
S301，若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
S302，检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
S303，放大所述暗电流；
S304，将放大后的所述暗电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
在执行上述S301至S304中，基于光电倍增管在未检测到光信号，即无光照的情况下，该光电倍增管仍有微小的输出电流，即暗电流。通过对该暗电流的处理，将该暗电流转换为等效的光通量，即将暗电流等效为输入光信号的光通量。也就是说用光通量来表示暗电流的大小，然后再输出相应光通量的第二可见光信号作为检测到的输入光信号。该暗电流的大小与光电倍增管极间电压有关，可根据具体应用选择不同极间电压的光电倍增管。
本申请实施例公开的技术方案，若在光强度微弱的深海或水下黑暗环境下，基于光电倍增管，将光电倍增管当前输出的电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号，能够实现大大提高水下可见光通信可靠性的目的。
实施例三
基于上述本申请实施例一和实施例二公开的水下可见光通信接收检测的方法，本申请实施例还对应公开了一种水下可见光通信接收检测装置，以及包括该水下可见光通信接收检测装置的水下可见光通信系统；具体结构如下所述。
如图5所示，为本申请实施例三公开的一种水下可见光通信接收检测装置100的结构示意图，主要包括：环境检测器101，光强检测器102和光信号检测器103。
其中，环境检测器101，用于检测当前所处的水下环境，若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，执行光强检测器102，若检测到检测到处于深海或水下黑暗环境时，则执行暗电流转换器103；
光强检测器102，用于对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
具有光电倍增管30的光信号检测器103，用于获取所述光电倍增管30当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
如图6所示，在本申请实施例公开的技术方案中，优选的，所述光信号检测器103包括：
光电倍增管30，用于检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
光通量转换器31，用于将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
如图7所示，在本本申请实施例公开的技术方案中，优选的，所述光信号检测器103包括：
光电倍增管30，用于检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
暗电流检测器32，用于检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
放大器33，用于放大所述暗电流；
光通量转换器31，用于将放大后的所述暗电流转换为等效的光通路，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
如图3所示，为本申请实施例公开的技术方案中所述的光电倍增管，该光电倍增管包括：阴极K，聚焦极电场D，倍增系统(由D1～D10组成)和阳极a。图3中还示出了入射光EV，负载RL和V0输出电压。所述倍增系统中设置有多级倍增级，图3中则示出10级倍增级，-100～-1200为各倍增级电压。但是本申请对于倍增系统中的倍增级个数并不仅限于此，还可以更多，一般情况下为9～12个倍增级。
其中，所述阴极K，用于接收光信号，将所述光信号转换为光电子后，发射至所述聚焦极电场D；
所述聚焦极电场D，用于将所述光电子进行聚焦，并将得到的电子流加速输入至所述倍增系统；
所述倍增系统(由D1～D10组成)，用于接收撞击至第一倍增级D1的所述电子流并进行二次电子发射，使所述二次电子发射的所述电子流加速撞击至下一倍增级D2再进行二次电子发射，依次在多级倍增级之间进行加速撞击，直至加速撞击至最后一级倍增级D10，输出倍增后的电子流；
所述阳极a，用于收集所述倍增后的电子流，输出相应的电流。
上述本申请实施例公开的水下可见光通信接收检测装置中各个部件或器件的具体执行原理可参见上述实施例一和实施例二中的内容，这里不再进行赘述。
综上所述，本申请实施例公开了一种水下可见光通信接收检测方法、装置及系统，通过根据所处的不同的水下环境采用不同的方式对可见光信号进行检测，若在正常的浅水或光亮的水下环境下，则基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；若在光强度微弱的深海或水下黑暗环境下，基于光电倍增管，将光电倍增管当前输出的电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。基于此，面对负载的水下环境，采用多种可见光通信接收检测方式对光信号进行检测，实现了大大提高了水下可见光通信可靠性的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水下可见光通信接收检测方法，其特征在于，适用于设置有光电倍增管的可见光通信接收检测装置，该水下可见光通信接收检测方法包括：
检测当前所处的水下环境；
若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，基于光强检测对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若检测到处于深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管输出的电流，并将所述电流转换为等效的光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号，包括：
若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测到进入深海或水下黑暗环境时，获取所述光电倍增管输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号，包括：
若检测到处于深海或水下黑暗环境，利用所述光电倍增管检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
放大所述暗电流；
将放大后的所述暗电流转换为等效的光通路，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述光电倍增管的光电倍增范围包括9～12个倍增级。
5.一种水下可见光通信接收检测装置，其特征在于，包括：
环境检测器，用于检测当前所处的水下环境，若检测到当前处于浅水或光亮的水下环境时，执行光强检测器，若检测到检测到处于深海或水下黑暗环境时，则执行暗电流转换器；
光强检测器，用于对当前水下的可见光信号进行接收检测，并输出相应的第一可见光信号；
具有光电倍增管的光信号检测器，用于获取所述光电倍增管当前输出的电流，并将所述电流转换为光通量，输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光信号检测器包括：
光电倍增管，用于检测光信号，若检测到光信号，则将所述光信号进行光电倍增并输出放大后的电流；
光通量转换器，用于将所述电流转换为等效的光通量，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光信号检测器包括：
光电倍增管，用于检测光信号，若未检测到光信号，则输出所述光电倍增管内的暗电流；
暗电流检测器，用于检测并获取所述光电倍增管输出的所述暗电流；
放大器，用于放大所述暗电流；
光通量转换器，用于将放大后的所述暗电流转换为等效的光通路，并输出与所述光通量相应的第二可见光信号。
8.根据权利要求5～7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述光电倍增管包括阴极，聚焦极电场，倍增系统和阳极，所述倍增系统中设置有多级倍增级；
所述阴极，用于接收光信号，将所述光信号转换为光电子后，发射至所述聚焦极电场；
所述聚焦极电场，用于将所述光电子进行聚焦，并将得到的电子流加速输入至所述倍增系统；
所述倍增系统，用于接收撞击至第一倍增级的所述电子流并进行二次电子发射，使所述二次电子发射的所述电子流加速撞击至下一倍增级再进行二次电子发射，依次在多级倍增级之间进行加速撞击，直至加速撞击至最后一级倍增级，输出倍增后的电子流；
所述阳极，用于收集所述倍增后的电子流，输出相应的电流。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述倍增系统中的倍增级的范围包括9～12个倍增级。
10.一种水下可见光通信系统，其特征在于，包括权利要求5～8中任意一项所述的水下可见光通信接收检测装置。
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