CN107453822B - 高带宽水下数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种将直接调制的InGaN发光二极管(LED)或InGaN激光用作水下数据通信装置的传输器的设备。接收器使用自动增益控制来促进所述设备在大范围的距离和水浊度内的性能。

Description

高带宽水下数据通信系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月10日提交的第14/203,550号美国专利申请的优先权益，其根据35U.S.C.§120规定要求作为2013年3月15日提交的第13/843,942号美国临时专利申请的部分接续申请的优先权益，所述专利申请中的每个的全文是以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及在水下实体之间尤其以高数据速率进行的数据传输。

背景技术

本背景部分仅出于信息目的而提供，且不应被视为承认本章节中所含的任何题材有资格作为本申请的现有技术。

在包含国防、海洋学、油气开发等的应用中，需要在两个单独水下实体之间传送数据。用于在水下实体之间传送数据的常规方法采用使用铜或光纤的有缆链路，或依赖于声学传输。根据前一种方法，必须就地再定位或取代水下实体，而后一种方法具有当前可使用声学传输实现的极低数据速率(通常为每秒1千位到20千位)。使用在海洋环境中自由地传播的光的方法将提供高得多的数据速率和在任意对的传输装置与接收装置(收发器)之间方便地交换数据的可能性。

对在水下实体之间使用光学构件实施数据传输的一些尝试因缺乏合适光源而受挫。穿过水的光传播受限于纯净水的基本吸收性质、微粒(诸如浮游生物和无机微粒)的散射、和通过含叶绿素的浮游植物和其它有机物质进行的吸收。组分以各种组合形式进行组合以强有力地促进光在光谱的蓝绿区域(大约从400nm到600nm)中进行传输。混合于水中的组分的各种组合形式的光学效应可被概括为水型，且范围为从促进深蓝传播(名义上450nm)的极纯天然水到促进蓝绿(名义上490nm)传播和绿(名义上530nm)传播的水。在最优波长下的最小光学衰减系数从约0.02m-1(对于极清澈天然水)变化到大于2m-1(在多数浑浊的沿岸水或港口水中)。

蓝绿波长范围中的先前光源已被纳入为笨重、低效、昂贵又需雇用人员的外部调制器。

发明内容

至少一个方面涉及一种在水介质中执行地震勘探的方法。在一些实施例中，所述方法包含接收第一海底地震计(OBS)单元的水中环境数据。第一OBS单元可安置在水介质中。所述方法可包含OBS单元的数据转换模块将水中环境数据转换成具有第一格式的光学信号。第一格式可被配置来在水介质中进行光学传输。所述方法可包含OBS单元的光学传输器通过水介质传输呈第一格式的光学信号。所述方法可包含远程操作载具(ROV)和自主水下载具(AUV)中的至少一个的光学接收器接收通过水介质传输的光学信号。所述方法可包含ROV和AUV中的至少一个将通过水介质传输的光学信号转换成具有第二格式的非光学信号。所述方法可包含ROV和AUV中的至少一个将呈第二格式的非光学信号传输到船舶。

在一些实施例中，所述方法可包含将光学信号转换成被配置来有线地传输到船舶的非光学信号。所述方法可包含经由电缆将非光学信号传输到船舶。在一些实施例中，光学接收器可包含第一光学收发器，且光学传输器可包含第二光学收发器。在一些实施例中，从ROV和AUV中的至少一个传输到船舶的非光学信号包含电信号。

在一些实施例中，OBS单元为第一OBS单元，光学信号为第一光学信号，且地音探测仪为第一地音探测仪。在这些实施例中，所述方法可包含第二OBS单元通过水介质将第二光学信号传输到第一OBS单元。第二光学信号可基于经由第二OBS单元接收的水中环境数据。所述方法可包含第一OBS单元接收第二光学信号以传输到ROV和AUV中的至少一个。

在一些实施例中，所述方法包含OBS单元、ROV和AUV中的至少一个确定水介质的特性。所述方法可包含基于水介质的特性调整与光学信号相关联的参数。在一些实施例中，特性包括以下项中的至少一项：浊度度量、水质、水流和不透明度。在一些实施例中，参数包含以下项中的至少一项：光学信号的数据速率、光学信号的输出强度、光学信号的波长和接收器的增益。

在一些实施例中，所述方法包含起始OBS单元与ROV和AUV中的至少一个之间的光学链路。所述方法可包含OBS单元将第一光学信号传输到ROV和AUV中的至少一个。第一光学信号可具有第一数据速率。所述方法可包含确定第一信号的误码率满足阈值。所述方法可包含OBS单元将第二光学信号传输到ROV和AUV中的至少一个。第二光学信号可具有大于第一数据速率的第二数据速率，且可响应于确定误码率满足阈值传输第二数据速率。

在一些实施例中，所述方法包含起始OBS单元与ROV和AUV中的至少一个之间的光学链路。所述方法可包含OBS单元将具有第一数据速率的第一光学信号传输到ROV和AUV中的至少一个。所述方法可包含确定第一信号的误码率不满足阈值。所述方法可包含选择小于第一数据速率的第二数据速率。可响应于确定误码率不满足阈值选择第二数据速率。所述方法可包含传输具有第二数据速率的第二光学信号。

在一些实施例中，所述方法包含起始OBS单元与ROV和AUV中的至少一个之间的光学链路。所述方法可包含OBS单元将具有第一数据速率的第一光学信号传输到ROV和AUV中的至少一个。所述方法可包含确定第一信号的误码率不满足阈值。所述方法可包含调整自动增益控制。可响应于确定误码率不满足阈值调整自动增益控制。

在一些实施例中，所述方法可包含OBS单元经由固态光源、基于InGaN的光源、激光和LED中的至少一个传输光学信号。在一些实施例中，所述方法可包含OBS单元经由光学信号以至少300Mbps的数据速率传输数据。在一些实施例中，所述方法可包含OBS单元使用信道编码技术传输光学信号。信道编码技术可包含以下项中的至少一项：开关键控格式、8b/10b编码、脉冲位置鉴别、正交相移键控(QPSK)和正交振幅鉴别。在一些实施例中，所述方法可包含OBS单元使用基于正交频分多路复用(OFDM)的多载波传输鉴别技术传输光学信号。

在一些实施例中，水中环境数据包含指示以下项中的至少一个的数据：地震活动、水介质中的溶解固体、水介质中的溶解矿物质、水介质的状态、水介质中的氧浓度、水介质中的盐浓度、水介质中的浮游生物浓度、水介质的浊度和存在于水介质中的动物。

在一些实施例中，水中环境包含地震数据，且所述方法包含使用安置在水介质中的第一海底地震计(OBS)单元的地音探测仪接收地震数据。

在一些实施例中，OBS单元为第一OBS单元，且所述方法包含由第二OBS单元的光学接收器从第一OBS单元接收光学信号。所述方法可包含第二OBS单元的光学传输器将光学信号传输到ROV和AUV中的至少一个。在一些实施例中，水中环境包含地震数据，且所述方法包含使用安置在OBS单元中的加速计接收地震数据。

至少一个方面涉及一种用来在水介质中执行地震勘探的系统。在一些实施例中，所述系统可包含安置在水介质中的第一海底地震计(OBS)单元。第一OBS单元可被配置来接收水中环境数据。所述系统可包含OBS单元的第一数据转换模块。第一数据转换模块可被配置来将水中环境数据转换成具有第一格式的光学信号。第一格式可被配置来在水介质中进行光学传输。在一些实施例中，所述系统可包含OBS单元的光学传输器。光学传输器可被配置来通过水介质传输呈第一格式的光学信号。在一些实施例中，所述系统可包含远程操作载具(ROV)和自主水下载具(AUV)中的至少一个的光学接收器。光学接收器可被配置来接收通过水介质传输的光学信号。所述系统可包含ROV和AUV中的至少一个的第二数据转换模块。第二数据转换模块可被配置来将通过水介质传输的光学信号转换成具有第二格式的非光学信号。所述系统可包含ROV和AUV中的至少一个的传输器。传输器可被配置来将呈第二格式的非光学信号从ROV和AUV中的至少一个传输到船舶。

本公开的至少一个方面涉及一种用于通过水介质光学地传输和接收数据的装置。在一些实施例中，所述装置包含光学传输器。所述装置还可包含光学接收器。传输器和接收器可使用具有在400nm-600nm的范围中的波长的光进行操作。

在一个实施例中，所述装置的光学传输器和光学接收器封闭在防水容器中。光学容器可包含一或多个光学窗口。光可经由一或多个光学窗口透射通过防水容器并进入到水介质之中或从水介质中出来。

在一个实施例中，光学传输器包含至少一个固态光源。

在一个实施例中，光源为基于InGaN的光源。

在一个实施例中，光源包含LED。

在一个实施例中，光源包含激光。

在一个实施例中，所述装置被配置来以约10Mbps或更大的速率传输数据。

在一个实施例中，所述装置被配置来以约100Mbps或更大的速率传输数据。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来调制光源输出的控制器。控制器可通过改变到光源的驱动电流来调制光源输出。

在一个实施例中，光学接收器包含光电二极管。

在一个实施例中，光学接收器包含来自由以下项组成的清单的至少一项：硅光电二极管、硅PIN光电二极管、和雪崩光电二极管、和混合光电二极管。

在一个实施例中，光学接收器包含光电倍增管。

在一个实施例中，光学接收器包含被配置来检测诸如光子的微粒的微通道板。

在一个实施例中，光电倍增管包含多个增益级。可从最终增益级之前的增益级提取输出。

在一个实施例中，光学接收器被配置来使用光学信号强度的测量来控制光学检测器之后的放大器的增益。

在一个实施例中，光学接收器被配置来使用光学信号强度的测量来控制光学检测器的增益。

在一个实施例中，所述装置包含可操作地耦接到传输器和接收器中的一个或两个的至少一个控制器。控制器可被配置来在传输期间实施信道编码技术。

在一个实施例中，所述装置包含可操作地耦接到传输器和接收器中的一个或两个的至少一个控制器。控制器可被配置来动态地调整一或多个传输参数。控制器可响应于一或多个检测到的传输条件动态地调整传输参数。

在一个实施例中，动态地调整一或多个传输参数包含控制所述装置中的一或多个放大器元件的增益。

在一个实施例中，所述装置包含可操作地耦接到传输器和接收器中的一个或两个的至少一个控制器。控制器可被配置来实施多载波传输鉴别技术。

在一个实施例中，鉴别技术可包含基于光学的正交频分多路复用(OFDM)。

在一个实施例中，收发器被配置来响应于检测到存在另一数据传输装置而进入通电状态。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来对齐本地收发器与远程收发器的控制器。控制器可基于来自可感测远程收发器的相对角度的一或多个光学检测器的信号对齐本地收发器与远程收发器。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来基于来自用来检测远程收发器的相对位置的一或多个传感器的信号对齐本地收发器与远程收发器的控制器。

在一个实施例中，控制器被配置来至少部分地基于检测到的位置信息控制用于所述装置的平台。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来控制多个传输源以引导光到远程收发器的控制器。控制器可基于来自用来感测远程收发器的相对角度的一或多个光学检测器的信号控制多个传输源。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来选择多阳极光电倍增管中的阳极且对齐本地接收器的视场角与远程收发器的控制器。控制器可基于来自用来感测远程收发器的相对角度的一或多个光学检测器的信号选择阳极且对齐本地接收器的视场角。

在一个实施例中，所述装置包含被配置来将引导命令提供到上面安装有所述装置的平台的控制器。一或多个光学检测器可用来感测远程收发器的相对角度。

在一个实施例中，所述装置并入用于传输地震数据的全光学系统中。

在一个实施例中，一或多个衍射光学元件用来收集光学传输光束。

在一个实施例中，一或多个衍射光学元件用来操纵光学传输光束。

在一个实施例中，一或多个衍射光学元件用来塑形光学传输光束。

在一个实施例中，所述装置安装在来自由以下项组成的清单的至少一项之上或之中：远程操作载具、自主操作载具、潜艇和海底地震节点。

在一个实施例中，所述装置包含声学通信装置。

至少一个方面涉及一种包含使用具有在400nm-600nm的范围中的波长的光通过水介质光学地传输数据的方法。

在一个实施例中，所述方法包含使用至少一个固态光源生成光。

在所述方法的一个实施例中，光源包含LED。

在一个实施例中，光源包含激光。

在一个实施例中，光学地传输数据的步骤包含以至少约10Mbps的速率传输数据。

在一个实施例中，光学地传输数据的步骤包含以至少约100Mbps的速率传输数据。

在一个实施例中，光学地传输数据的步骤包含使用一或多种信道编码技术。

在一个实施例中，光学地传输数据的步骤包含动态地调整一或多个传输参数。可响应于一或多个检测到的传输条件动态地调整传输参数。

在一个实施例中，光学地传输数据的步骤包含实施多载波传输鉴别技术。

在一个实施例中，鉴别技术包含基于光学的正交频分多路复用(OFDM)。

在一些实施例中，可通过光纤将输出光学传输信号传输到窗口。在一些实施例中，多个光纤可被捆绑在一起且在一端处呈锥形(例如，在一端处直径为1mm且在第二端处直径为1cm)，使得可通过窗口传输光学信号。

附图说明

图1为在深水中的地震操作的一个实施例的等距示意图。

图2为示出彼此进行通信的一对示例性收发器的操作的方框图。

图3为多对示例性收发器的图示。

图4为接收器透镜和对应电路的图示。

图5-9为收发器的示例性实施例的方框图。

图10为根据实施例的用来在水环境中使用光学传输执行地震勘探的系统的图示。

图11为根据实施例的在水环境中使用光学传输执行地震勘探的方法的图示。

图12为用于对光学系统供电以在水环境中执行地震勘探的系统的图示。

具体实施方式

申请人已认识到，可提供在水介质中(诸如其中执行地震勘探的海洋环境)进行操作的光学数据收发器。在一些实施例中，收发器以高数据传送速率(例如，大于约每秒1兆位(Mbps)、约10Mbps、约100Mbps、约300Mbps或更大(例如，多达或超过约1Gbps))进行操作。在一些实施例中，系统和方法可使用可变的非对称链路，其中第一光学信号具有第一数据速率，且第二光学信号具有不同于第一光学信号的第二数据速率。

在一些实施例中，装置使用具有光谱的蓝绿区域中的输出(例如，具有在400nm-600nm的范围或其任何子范围中的波长)的光源，例如，激光光源或发光二极管(“LED”)光源。

例如，在一些实施例中，例如基于铟-镓-氮(InGaN)半导体材料的固态发光器现提供在蓝绿光谱区域中且高效、紧凑、长寿又可直接调制的光源族(其光学输出功率受装置中的电流量控制)。这些装置可以在整个蓝绿区域中的波长进行操作。因为可例如通过调制驱动电流来直接调制这些装置，所以这些装置可排列成阵列以增大输出功率或传输到其它空间方向上，诸如在具有相对移动的平台之间。

在一些实施例中，收发器装置的接收器部分包含在蓝绿光谱区域中敏感且可为紧凑又可靠的一或多个光学检测器。实例包含使用半导体结(诸如PN结或PIN结(例如，硅PIN光电二极管或雪崩光电二极管))的检测器。例如，在一些实施例中，可使用其中施加适当电偏置电压、展现电子增益且可用于某些实施方案的雪崩光电二极管。光电倍增管也可用于蓝绿，且如同雪崩光电二极管具有电压相依电子增益以及快速时间响应(即使是大收集区域)的优点。

在一些实施例中，光学检测器的有效或光敏区域对接收器透镜的收集区域和被接收器截取的光实际上抵达在检测器上所成的视角(视场角)施加联立约束。在尤其其中操控一个或另一水下平台的一些应用下，时间最优检测器可能具有的视场角将太小以致无法维持通信连接。此外，可能有用的是，减小传输器光束的角扩展以便增大截取在远程接收器上的功率。在这种情况下，可能有利的是，将传输器和接收器安装在可控制基座(例如，万向架)上或提供使传输器输出光束和/或接收器视场跟随远程传输器和接收器的机构(例如，电机构或机电机构)。可结合适当信号处理使用例如光学检测器或多元件检测器的系统以解译来自远程传输器的可变光级和引导传输器光束方向和接收器视场，而生成用于传输器和接收器的运动的引导命令。

图1为通过第一船舶5促进的在深水中进行地震操作的一个实施例的等距示意图。第一船舶5定位在水层15的表面10上且包含支撑操作设备的甲板20。甲板20的至少一部分包含用于其中存储地震传感器装置的多个传感器装置机架90的空间。传感器装置机架90还可包含数据检索装置和/或传感器再充电装置。

甲板20还包含一或多个起重机25A、25B，起重机25A、25B附接到甲板20以促进操作设备的至少一部分(诸如自主水下载具(AUV)、自主操作载具(AOV)、ROV和/或地震传感器装置)从甲板20传送到水层15。例如，耦接到甲板20的起重机25A被配置来降低和升高ROV35A，ROV 35A传送和定位海床55上的一或多个传感器装置30(例如，OBS单元)。ROV 35A通过对ROV 35A提供电力、通信和控制的栓缆46A和脐索电缆44A耦接到第一船舶5。此外，栓缆管理系统(TMS)50A还耦接在脐索电缆44A与栓缆46A之间。通常，TMS 50A可用作由其操作ROV35A的中间水面下平台。对于海床55之处或附近的多数ROV 35A操作，TMS 50A可定位在海床55上方大约50英寸之处且可根据需要放出栓缆46A以使ROV 35A在海床55上方自由地移动，以便定位和传送海床55上的地震传感器装置30。

起重机25B耦接到第一船舶5的船尾或第一船舶5上的其它位置。起重机25A、25B中的每个可为适于在海洋环境中进行操作的任何升降装置和/或收放系统(LARS)。在这个实施例中，起重机25B通过电缆70耦接到地震传感器传送装置100。传送装置100可为能够将一或多个传感器装置30容置在其中的无人机、防滑结构、吊舱或任何装置。传送装置100可为被配置为适于容置和输送一或多个传感器装置30的暗匣的结构。在一个实施例中，传送装置100被配置为用于将传感器装置30从第一船舶5传送到ROV 35A且从ROV 35A传送到第一船舶5的传感器装置存储机架。传送装置100可包含船载电源供应器、电机或变速箱和/或推进系统(均未示出)。或者，传送装置100可不包含任何完整电源装置和/或不需要任何外部或内部电源。如果需要，那么电缆70可对传送装置100提供电力和/或控制。替代地，电缆70可为单独被配置来支撑传送装置100的脐索、栓缆、线缆、电线、绳索等。

ROV 35A包含地震传感器装置的存储隔间40，存储隔间40被配置来将一或多个地震传感器装置30存储在其中以进行部署和/或检索操作。存储隔间40可为被配置来存储地震传感器装置的暗匣、机架或容器。存储隔间40还可包含上面具有地震传感器装置的可移动平台，诸如被配置来支撑和移动其中的地震传感器装置30的圆盘传送带或线性平台。在一个实施例中，地震传感器装置30可部署在海床55上且通过可移动平台的操作从海床55检索。在这个实施例中，ROV 35A可定位在海床55上方或之上的预定位置处，且地震传感器装置30从预定位置处的存储隔间40滚出、传出或以其它方式移出。在另一实施例中，可通过机器人装置60(诸如安置在ROV 35A上的机器人臂、末端执行器或机械手)从存储隔间40部署和检索地震传感器装置30。

例如，在部署操作中，可将多个第一地震传感器装置(包括一或多个传感器装置30)装载到存储隔间40中，而在预装载操作中装载在第一船舶5上。然后，将具有耦接到其的存储隔间的ROV 35A降低到水层15中的水面下位置。ROV 35A利用来自第一船舶5上的人员的命令以根据以下进程进行操作：从存储隔间40传送多个第一地震传感器装置30和将个别传感器装置30部署在海床50上的选定位置处。一旦存储隔间40用尽多个第一地震传感器装置30，立即使用传送装置100以将多个第二地震传感器装置30作为有效负载从第一船舶5渡运到ROV 35A。

传送装置100预装载有多个第二地震传感器装置30同时位于第一船舶5之上或相邻之处。在将适当数量的地震传感器装置30装载到传送装置100上时，可通过起重机25B将传送装置100降低到水层15中的选定深度。ROV 35A和传送装置100在水面下位置处匹配以允许将多个第二地震传感器装置30从传送装置100传送到存储隔间40。在传送装置100和ROV 35A匹配时，将传送装置100中所含的多个第二地震传感器装置30传送到ROV 35A的存储隔间40。一旦再装载存储隔间40，ROV 35A和传送装置100立即分离或失配且可恢复由ROV35A放置地震传感器装置。在一个实施例中，在第一船舶5处于运动中时提供存储隔间40的再装载。如果传送装置100在传送多个第二地震传感器装置30之后是空的，那么可通过起重机25B将传送装置100升高到船舶5，其中再装载操作用多个第三地震传感器装置30再装满传送装置100。然后，在需要再装载存储隔间40时将传送装置100降低到选定深度。这个过程可根据需要重复直到已部署所要数量的地震传感器装置30为止。

使用传送装置100以将ROV 35A再装载在水面下位置处减少将地震传感器装置30放置在海床55上所需的时间或“种植”时间，这是因为未将ROV 35A升高和降低到水面10进行地震传感器装置再装载。此外，最小化施加于用来提升和降低ROV 35A的设备上的机械应力，这是因为可在水面10下方操作ROV 35A达较长时段。减少ROV 35A的提升和降低可在恶劣天气和/或风大浪急的海面状况下特别有利。因此，可提高设备寿命，因为ROV 35A和有关设备不会升高到水面10上方，升高到水面10上方可造成ROV 35A和有关设备受损或对船员带来受伤风险。

同样地，在检索操作中，ROV 35A利用来自第一船舶5上的人员的命令来检索先前放置在海床55上的每个地震传感器装置30。将检索的地震传感器装置30放置到ROV 35A的存储隔间40中。在一个实施例中，ROV 35A可循序地定位成邻近于海床55上的每个地震传感器装置30，且地震传感器装置30从海床55滚动、传送或以其它方式移动到存储隔间40。在另一实施例中，可通过安置在ROV 35A上的机器人装置60从海床55检索地震传感器装置30。

一旦存储隔间40满载或含有预定数量的地震传感器装置30，那么传送装置100被降低到在水面10下方的位置且与ROV 35A匹配。可通过起重机25B将传送装置100降低到水层15中的选定深度，且ROV 35A和传送装置100在水面下位置处匹配。一旦匹配，立即将存储隔间40中所含的检索的地震传感器装置30传送到传送装置100。一旦存储隔间40用尽检索的传感器装置，ROV 35A和传送装置100立即分离且可恢复由ROV 35A检索传感器装置。因此，传送装置100可将检索的地震传感器装置30作为有效负载渡运到第一船舶5，从而允许ROV 35A继续从海床55收集地震传感器装置30。如此，传感器装置检索时间明显减少，因为ROV 35A未被升高和降低来进行传感器装置卸载。此外，最小化施加于与ROV 35A有关的设备上的机械应力，因为ROV 35A可在水面下持续较长时段。

在这个实施例中，第一船舶5可在第一方向75上(诸如在+X方向上)航行，其可为罗盘航向或者其它线性或预定方向。第一方向75还可说明和/或包含由波浪作用、水流和/或风速和方向造成的漂移。在一个实施例中，多个地震传感器装置30放置在海床55上的选定位置中，诸如X方向上的多行Rn(示出R1和R2)和/或Y方向上的多列Cn(示出C1-C3)，其中n等于某个整数。在一个实施例中，行Rn和列Cn界定网格或阵列，其中每行Rn包括为传感器阵列宽度的接收器线(X方向)和/或每列Cn包括为传感器阵列长度的接收器线(Y方向)。行中的相邻传感器装置30之间的距离被示出为距离LR，且列中的相邻传感器装置30之间的距离被示出为距离LC。虽然示出基本上为正方形的图案，但其它图案也可形成在海床55上。其它图案包含非线性接收器线和/或非正方形图案。图案可为预定图案或由其它因素引起，诸如海床55的地形。在一个实施例中，距离LR和LC可基本上相等且可包含介于约60米到约400米之间或更大的尺寸。相邻地震传感器装置30之间的距离可为预定距离和/或由海床55的地形引起，如上文所述。

第一船舶5以某个速度(诸如用于操作第一船舶5的容许速度或安全速度)进行操作，且由第一船舶5拖曳任何设备。速度可考虑任何天气状况，诸如风速和波浪作用以及水层15中的水流。还可由通过第一船舶5悬置、附接到第一船舶5或通过第一船舶5以其它方式拖曳的任何操作设备确定船舶速度。例如，速度通常受限于ROV 35A的组件的曳引系数，诸如TMS 50A和脐索电缆44A以及任何天气状况和/或水层15中的水流。因为ROV 35A的组件经受取决于水层15中的组件的深度的曳引，所以第一船舶速度可在小于约1海里/小时的范围中进行操作。在这个实施例中(其中铺设两条接收器线(行R1和R2))，第一船舶包含介于约0.2海里/小时与约0.6海里/小时之间的第一速度。在其它实施例中，取决于天气状况(诸如波浪作用、风速和/或水层15中的水流)，第一速度包含介于约0.25海里/小时(包含小于0.25海里/小时的间歇性速度)与大于约1海里/小时的速度之间的平均速度。

在地震勘测期间，可部署一条接收器线，诸如行R1。在单条接收器线完成时，使用第二船舶80来提供震源信号。第二船舶80具备震源装置85，震源装置85可为能够产生适于获得勘测数据的声学信号或振动信号的装置。震源信号传播到海床55且信号的一部分反射回到地震传感器装置30。可需要第二船舶80对每条接收器线(在这个实例中为行R1)进行多次扫描，例如至少四次扫描。在第二船舶80进行扫描期间，第一船舶5继续部署第二接收器线。然而，涉及由第二船舶80进行扫描的时间远短于第二接收器线的部署时间。这在地震勘测中造成滞后时间，因为第二船舶80在第一船舶5完成第二接收器线时是闲置的。

在这个实施例中，第一船舶5利用一个ROV 35A来铺设传感器装置以在任何数量的列中形成第一组两条接收器线(行R1和R2)，其可使每条接收器线产生多达且包含数英里的长度。在一个实施例中，两条接收器线(行R1和R2)基本上是平行的。在第一船舶5的单次方向扫描完成且地震传感器装置30的第一组(行R1、R2)被铺设为预定长度时，利用具备震源装置85的第二船舶80来提供震源信号。通常需要第二船舶80沿两条接收器线进行八次或更多次扫描以完成两行R1和R2的地震勘测。

在第二船舶80沿两行R1和R2极速前进时，第一船舶5可转向180度并在-X方向上航行以便在与R1和R2相邻的另两行中铺设地震传感器装置30，从而形成第二组两条接收器线。然后，第二船舶80可沿第二组接收器线进行另一系列的扫描，同时第一船舶5转向180度以在+X方向上航行以铺设另一组接收器线。过程可重复直到勘测到海床55的指定区域为止。因此，最小化第二船舶80的闲置时间，因为通过在船舶5的一次扫描中部署两行，用于铺设接收器线的部署时间削减大约一半。

尽管仅示出两行R1和R2，但传感器装置30的布局不限于这个配置，因为ROV 35A可适于在单方向拖曳中布置两行以上的传感器装置。例如，ROV 35A可被控制来在单方向拖曳中布置介于三行与六行之间或甚至更大数量的行的传感器装置30。用来布置传感器阵列宽度的第一船舶5的“一次扫描”行驶宽度通常受限于栓缆46A的长度和/或传感器装置30之间的间隔(距离LR)。

参考图2，通过水介质传输数据的光学通信系统包含第一光学收发器10和第二光学收发器20。每个光学收发器包含光学传输器100和光学接收器200。如所示，收发器10的光学传输器100和光学接收器200一起封装在外壳300中以提供与相似封装的光学收发器20的双向数据传输。

收发器中的每个可安装在任何合适平台上，包含水下载具(例如，海底设备、潜艇、远程操作载具或自主操作载具)、水下装置(例如，海底地震节点，诸如可购自德克萨斯州舒格兰市FairfieldNodal,Inc.的类型)、水下结构(例如，探油或泵油平台)或任何其它合适对象。

封装在一起的传输器和接收器称为收发器。尽管所示实施例集中于收发器封装，但应了解，在各种实施例中，可分离地封装传输器和接收器。在一些实施例中，单个接收器中的单个传输器可用于单向通信。

如图2中所示，可通过使用光谱分离的波长完成同时双向数据传输，使得收发器10的传输器1可传输波长1(例如，诸如可由InGaN LED发射的蓝波长或波长带)，且收发器20的传输器2传输波长2(例如，蓝绿或绿波长或者波长带)。收发器20的接收器2可接收传输器1的波长1且使用光学滤波器抑制传输器2的波长2和波长1的带外的所有波长或尽可能多的波长。也可采用其它数据传输方案。例如，可替代地使用时分多路复用或通过偏振传输上游信号和下游信号，而非通过波长使上游信号和下游信号分离。相似地，可使用码分多路复用和其它数据传输方案。

各种实施例包含用来并入多载波传输鉴别技术(诸如基于光学的正交频分多路复用(OFDM))的能力。诸多密集子载波用来增大总传输速率。还可使用相干OFDM、CO-OFDM、使用单载波或多载波传输方案的协议传输光学数据。在一些实施例中，鉴别或鉴别技术可指代光学鉴别技术。

相似地，收发器1的接收器可被配置来接收传输器2的波长2且抑制传输器1的波长和波长2的带外的所有波长或尽可能多的波长。

图3中所示的另一实施例提供通过各自传输器和接收器的空间分离进行的双向传输。在此，(例如，紧密地对齐)对齐收发器1的传输器1与收发器2的接收器2，且(例如，紧密地对齐)对齐收发器2的传输器2与收发器2的接收器2，以便防止由传输器1发射但被中间水介质散射的光进入接收器1，且相似地来自传输器2但被中间水介质散射的光无法进入接收器2。在一些实施例中，光学收发器10和20可包含一或多个滤波器，所述滤波器被配置来防止、限制、阻挡、或以其它方式过滤来自一或多个方向的光(例如，以限制离轴可见度)。在非限制性实例中，一或多个滤波器可包含蜂窝式滤波器或方向选择光学板。例如，为了鉴别不想要的光子源，可使用方向分类装置，诸如光控膜、遮光帘百叶窗类型的元件等。

各种实施例可包含用来在接收器的方向上引导来自传输器的输出光和/或用来造成接收器的视场追踪传输器输出的一或多个机构。除使用传输器和接收器的机械扫描来改变指向外，还可使用电子系统。能够扫描传输器方向的电子系统可布置指向不同方向的多个个别光源(例如，LED或激光)或多个光源阵列，使得指向感兴趣方向的装置或阵列可用来传输数据，如图2中所示。如此，相较于将电力传输到较大视场角中的系统，传输器的电力消耗可明显减少。

例如，图4示出用于使用多阳极光电倍增管410扫描接收器视场的电子机构，其中以一维或二维布置提供单独增益产生倍增器电极阵列和阳极，使得撞击光电阴极上的空间位置的光在对应于光电阴极空间位置的阳极处产生电信号。通过将多阳极光电倍增管410放置在透镜215的焦点处，将远程传输器光束的角位置转换成光电阴极上的空间位置。这个接收器可具有双重功效；感测远程接收器的位置以供引导；和通过仅选择对应于光电阴极位置的阳极(其中检测到传输器信号)，可获得特定视场(如在图2中)，从而抑制干扰光源。

现参考图5描述示例性光学收发器的组件。收发器100包括用来将传入数据信号转换成可通过水介质传输的传出光学信号的一系列电子组件。数据信号引导到数据转换模块110，数据转换模块110将经由非光学域进行传输(通常使用传导电缆或光缆传送)的传入数据转换成开关键控格式，诸如适于供传输器使用的8b/10b编码或脉冲位置鉴别。这个模块通常还可提供确认电缆侧上是否存在数据连接的功能，且转而提供可被传输器传输到远程接收器以便警示远程收发器存在数据连接的信令格式。数据转换模块110的输出传送到传输器驱动模块120，传输器驱动模块120接收数据转换模块110的输出且通过使用放大器和其它电子组件将数据转换模块110的输出转换成驱动信号用于光源130(单个或多个(例如，阵列))，使得光源130的光学输出在较低光学功率状态(例如，具有少量光学输出或不具有光学输出)与较高光学功率状态之间变化。

传输器驱动模块120的电子电路可被设计来在数据转换模块110的电子输出波形与光源130的光学输出波形的时间特性(脉冲宽度、上升时间和下降时间)之间维持尽可能多的保真度。这可能需要组合放大器电路内的电子反馈、用来对于从传输器驱动模块120传送的给定电流校正光源130的光学输出的温度引发的变化的温度补偿、或从光源130到与传输器驱动模块120相关联的电路中的光学反馈，使得光学波形展现对输入电波形的最大保真度。

如上文所提及，光源可为例如LED光源或激光源，诸如基于InGaN的LED或电流驱动固态激光，诸如InGaN激光。是使用LED还是激光的选择在很大程度上将取决于所需的数据带宽。在一些实施例中，归因于导致光学输出的长时间衰减的PN结的载波寿命效应，难以使用LED实现远大于10Mbps或20Mbps的数据带宽。

相比之下，激光源可以明显缩短的时间脉冲宽度进行操作。在一些实施例中，这是因为在到激光的驱动电流降低到阈值电平以下时，激光作用停止，且激光的输出强度快速减小。相似地，随着驱动电流增大到激光作用阈值以上，激光的输出强度可快速增大。因此，调制的激光输出甚至可再生具有极高保真度的快速调制驱动信号。因此，调制的激光输出可甚至再生具有极高保真度的快速调制驱动信号。因此，在一些实施例中，可提供大于10Mbps、50Mbps、75Mbps、100Mbps、200Mbps、300Mbps、400Mbps、500Mbps、600Mbps、1000Mbps或更大的数据速率传输速率。

通过使用光学元件140，可在角范围内修改光源的光学输出。光学元件140可为例如在工业标准封装中或尤其在代替LED的激光的情况下是构成完整的LED或二极管激光必不可少的透明环氧树脂透镜，这个外部元件可为如将传输器光束塑形到所要视场中的透镜或者其它折射、反射或衍射元件。

电源供应器170被提供来调节来自主控传输器100的平台的输入功率且提供所需电压和电流以对传输器100的各种电子模块供电。这个电源供应器170通常可为具有一或多个输出的高效率、低噪声开关供应器。

光学收发器的接收器200通常将包括收集传入光并引导其到光学检测器230的光敏区域的光学元件210。光学元件210可为被选择来匹配所要视角和收集区域与检测器的光敏区域的球面或非球面透镜或者另一反射、折射或衍射光学元件(或元件组)。在一个实施例中，可在光学元件210之后添加场透镜215以便更均匀地照射光学检测器230的表面。

光学滤波器220(或任何其它合适波长选择元件)将位于光学元件210之前(放置在朝向远程传输器100的侧上)或位于光学元件210之后但位于光学检测器230之前。光学滤波器的用途为仅尽可能完整地传输对应于由远程传输器100发射的波长的一或多个光学波长和尽可能完整地抑制由相邻传输器发射的一或多个波长以及周围日光和其它外来光。光学滤波器220可包含例如如适于所需光学带宽、抑制和角谱宽度的有色(吸收)玻璃滤波器、有色(吸收)塑料滤波器或干扰(反射)滤波器或者波长衍射元件。在一些实施例中，光学滤波器220可包含被配置来促进光学带宽抑制的特殊滤波器、一般滤波器、定制设计滤波器或其它类型的滤波器。

光学检测器230将由光学元件210收集且由光学滤波器220传输的光转换成电信号进行进一步处理。光学检测器位于放大器模块240之后。在一个实施例中，光学检测器230可为半导体检测器，诸如硅PIN光电二极管。在这个实施例中，放大器模块240包括用来放大光电二极管的电输出以匹配电输出与电子级的前置放大器和自动增益控制放大器。电源供应器235将低偏置电压提供到PIN光电二极管以减小分路电容且改进时间响应。

在一些实施例中(例如，如图6中所说明，将雪崩光电二极管用作光学检测器230)，电源供应器235将具有用来将光电二极管驱动成雪崩模式且提供电子增益的较高电压。在这个实施例中，电源供应器235通常将具有用来监测雪崩光电二极管温度且自动地调整电压输出以补偿雪崩光电二极管的雪崩电压的温度相依性的温度传感器(诸如热敏电阻)。在这个实施例中，放大器模块240还可将小部分的放大电信号提供到自动增益控制模块250，自动增益控制模块250集成电信号、调节电信号并将电信号供应到电源供应器235的电压控制输入，从而控制电源供应器235的电压且从而控制雪崩光电二极管的增益以匹配归因于接收的传输器光或其它检测到的光而在光学检测器230处接收的可变光级。

自动增益控制模块本身可例如在其自身内部电路中包含用来将输出信号保持在所需范围内以进行后续处理(诸如在鉴别模块260中)的可变增益。

在将光电倍增管用作光学检测器230的实施例中，电源供应器235将高电压(通常为100v-500v)供应到光电倍增管以便提供快速时间响应和电子增益。在这个实施例中，通常电源供应器235将如在使用雪崩光电二极管的实施例中般具有电压控制输入，使得相似自动增益控制模块250可控制供应到光电倍增管的电压且从而控制其电子增益以匹配归因于接收的传输器光或其它检测到的光而在光学检测器230处接收的可变光级，并且使光电倍增管免于归因于高光级而受损。

在使用上述数据速率(例如，100Mbps，诸如622Mpbs或1000Mbps)的光电倍增管的实施例中，在选择光电倍增管时可作特殊考虑。可能需要极高带宽管，且其操作可能需要特别小心。例如，可能有必要仅利用常规高速光电倍增管的前几级，从中间倍增器电极级而非阳极汲取信号电流，以便获得足够快的上升和下降时间以支持高位速率。在额外实施例中，可使用将多通道板(代替常规倍增器电极结构)用作电子增益介质的光电倍增管。在另一实施例中，可使用混合光电二极管，可使用组合以高电压进行操作且位于内部半导体雪崩结构之后的真空工作台的装置来提供有效光敏区域和电子增益，同时支持例如1000Mbps操作所需的带宽。在另一实施例中，如果在后续电子放大级中提供足够增益，那么可使用提供大收集区域和高速度而没有内部电子增益的真空光电二极管。

放大器模块240的输出传送到使用波形检测模块检测放大的波形的鉴别模块260，波形检测模块可包含例如用来将检测到的波形转换成可传送到数据转换模块270的信号的施密特触发器(Schmidt trigger)、计时器和其它电路，数据转换模块270将由鉴别模块260从检测到的光学波形创建的数据格式转换成可用于定位在主平台上的外部数据接收者的非光学格式。

电源供应器280被提供来调节来自主控传输器100的平台的输入功率且提供所需电压和电流以对接收器200的各种电子模块供电。这个电源供应器280通常可为具有一或多个输出的高效率、低噪声开关供应器。

在非频繁数据交换的情况下，结合放大器、电子滤波器、阈值电路和继电器或电子开关使用光学检测器或低功率电路的功率控制模块290可被提供来感测远程传输器的接近度且通过将输入功率连接在电源供应器170/280与平台上的电源之间来启动本地传输器和接收器。

在图2中所说明的实施例中，传输器100和接收器200将并置在压力器皿300中以隔离传输器100和接收器200使其不与水环境接触。在这个实施例中，窗口310将被提供来将来自传输器100的光传送到水介质中且传送到远程安装接收器，且传送来自远程安装传输器的光使其通过水介质到接收器200。这些窗口通常可为用于传输器和接收器的单独窗口，但还可为用作传输器和接收器两者的单个窗口。

在其中传输器光束方向和/或接收器视场必须在操作期间移动(诸如用于移动收发器与静止收发器之间的通信)的实施例中，提供感测远程收发器的方向且对于转化传输器或接收器的指向角的万向架或其它机械装置或对于电子指向角转化器生成控制信号的元件。图6示出可用于其中角方向必须控制在仅一个维度中的情况的一个实施例，其中光学检测器410的阵列指向不同角度以感测传入传输器光束。光学检测器具备用来传输来自远程传输器的光且抑制来自本地传输器的反向散射光的光学滤波器415(或其它波长选择元件)。光学检测器还可具备能够界定光学检测器视场的透镜420或另一光学元件。来自光学检测器410的电信号传送到放大器模块440。放大器模块440通常将包含自动增益控制以便将输出信号维持在可供后续级使用的电压电平范围内。来自光学检测器的电输出传送到引导处理器模块460，引导处理器模块460测量来自每个光学检测器的信号强度且计算远程传输器的方向。可通过使用运算放大器的系统采取光学信号强度的比率或通过在微处理器系统中使用实际模数转换并执行计算来完成粗略方向计算。通过考虑检测器的几何形状和将由检测器根据角度截取的远程传输器光的量，可在微处理器中完成远程传输器的方向的更精确计算。

图8中所说明的另一实施例使用位敏光学检测器520(诸如位置感测半导体光电二极管(例如，分裂式光电二极管)、位置感测(例如，电阻阳极)光电倍增管或具有分压器电路的多阳极光电倍增管)来提供远程传输器的角位置。成像光学元件410(诸如透镜)用来将传入传输器光的角度转换成位敏光学检测器520的有效区域上的位置。光学滤波器415可用来传输来自远程传输器的光且抑制周围背景光和反向散射的本地传输器光。位敏检测器520的电输出传送到放大器模块440且放大器模块440的输出传送到引导处理器模块460以生成引导信号。如果需要，那么从这个实施例生成的引导信号足够准确地用于精确平台引导。

为了抑制背景光(诸如在收发器为浅时的日光)，还可在放大器模块440或引导处理器模块460中包含除波长选择光学滤波器415外的电子滤波器，以便抑制稳定或慢变(未调制)光学信号且接受来自远程传输器的调制信号。

引导处理器模块460的输出传送到驱动模块470，驱动模块470将电信号提供到上面安装有传输器和接收器的电机驱动万向架480(或其它定位装置)，使得来自驱动模块470的电信号转化传输器和接收器相对于外壳所成的角度。电源供应器490被提供来调节来自平台的电力且将所需电压和电流提供到相应模块。

图9中所说明的另一实施例使用引导处理器模块460的输出来选择角分离的传输器光源或光源阵列610以便将传输器光束投射到所要方向上。另一实施例使用引导处理器的输出来切换用作光学检测器的多阳极光电倍增管的输出以便选择将感测到的传入光束的方向。

在一些实施例中，本文中所述的收发器可使用信道编码技术来增大链路稳健性和传输速率。例如，可使用低密度奇偶校验(LDPC)码和速率自适应信道码。

在一些实施例中，本文中所述的收发器可实施传输参数的动态最优化。在水下环境中(诸如地震感测)，地层水状况可显著变化。为了适应变化，光学链路动态地被配置来单独地或结合其它效应(诸如色散)测量链路损耗机制且指派最优数据速率。此外，如果水下环境条件允许，那么可起始多载波模式。本地数字信号处理(DSP)可被执行来调整或补偿适用的传输接收参数，或软件可实施通信控制调整。可持续地监测光学传输接收器链路以便维持链路性能。

在一些实施例中，本文中的类型的接收器可用来将地震数据例如从自主水下地震节点传输到检索装置。检索装置可安装在例如潜艇、远程操作载具或自主操作载具上。在一些实施例中，可以至少10Mbps、100Mbps、500Mbps、1000Mbps或更大的速率执行地震数据传送。在一些实施例中，传输链路维持达至少1秒、10秒、1分钟、5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、1小时或更长时间。在一些实施例中，传输是在至少10cm、100cm、1m、2m、3m、5m、10m、20m、100m或更长的距离内发生。

尽管在诸多实施例中(例如，如本文中所述)，有利的是，使用在400nm-600nm(或其任何子范围)中的波长，但在其它情况下，取决于考虑之中的应用，可使用任何其它合适波长(例如，在300nm到1400nm的范围中的波长)。

图10为用来在水环境中使用光学传输执行地震勘探的系统1000的图示。在一些实施例中，系统1000包含第一光学链路1001，第一光学链路1001将光学信号传输到第二光学链路1003/从第二光学链路1003接收光学信号或在与第二光学链路1003之间传输和接收光学信号。在一些实施例中，第一光学链路1001和第二光学链路1003可包含相同组件中的一或多个。可以互补方式配置一或多个相同组件使得第一光学链路1001的传输组件被配置来将光学信号传输到第二光学链路1003的接收组件。

在一些实施例中，第一光学链路1001包含被配置来隔离以太网网络连接中的电压的磁性模块1002。磁性模块1002可隔离电压使得从不同电压源操作的设备可共存于单个网络上。在一些实施例中(其中由相同电源供应器对系统1000的一或多个组件或者其它网络组件供电)，可能未必包含磁性模块1002。在一些实施例中，磁性模块1002包含被配置来阻挡DC和低频电压的一或多个变压器。在一些实施例中，磁性模块1002为位于PCB外部且不是FPGA的部分的硬件模块。在一些实施例中，磁性模块1002可位于FPGA内部或以其它方式通信地耦接到FPGA以促进使用光学传输执行地震勘探的系统和方法。

在一些实施例中，系统1000包含phy模块或“物理层”模块1004。phy模块1004可指代网络的开放系统互连模型中的低层(例如，或最低层)。phy模块1004被配置来基于一或多种规范(诸如以太网、WiFi、WiMax、蓝牙、近场通信等)传输和接收信号。在一些实施例中，phy模块包含在FPGA外部的一或多个电路卡上的一或多个芯片。在一些实施例中，phy模块1004可位于FPGA内部或以其它方式通信地耦接到FPGA以促进使用光学传输执行地震勘探的系统和方法。

在一些实施例中，系统1000包含FPGA 1006(例如，具有可被配置来促进水环境中的地震勘探的一或多个集成电路的现场可编程门阵列)。在一些实施例中，FPGA 1006可包含一或多个媒体访问控制器(MAC)(例如，第一MAC 1008和第二MAC 1010)。第一MAC 1008和第二MAC 1010可表示开放系统互连模型的第二层。第一MAC 1008和第二MAC 1010可被配置来执行以下功能中的一或多个：接收/传输帧、再传输和后移功能、帧间间隙执行和丢弃畸形帧。在一些实施例中，第一MAC 1008(或最高层MAC)可经由以太网连接(例如，Phy 1004和磁性装置1002)传输和接收数据，且第二MAC 1010(或最底层MAC)可经由光学连接传输和接收数据。

在一些实施例中，FPGA 1006包含微处理器1012。微处理器1012可分别通信地耦接到第一MAC 1008和第二MAC 1010。微处理器1012可被配置来从主机接收数据帧并缓冲数据帧直到系统为数据帧做好准备为止。微处理器1012可包含或具有对被配置来存储接收的数据帧的存储器的访问权。存储器的量可足以存储相对较大量的数据，从而足以促进使用光学链路执行地震勘探的系统和方法。在一些实施例中，微处理器1012还被配置来在链路状态和控制模块1016确定两个接收器正在接收有效数据时将数据发送到第二MAC 1010。

在一些实施例中，FPGA 1006包含可供微处理器1012访问的缓冲器1014。缓冲器1014可包含供微处理器1012用来保存数据帧直到第二MAC1010准备好传输数据帧为止的存储器。

在一些实施例中，FPGA 1006包含接收数据同步模块1018。接收数据同步模块1018可从接收自解码器1020(例如，8B/10B解码器)的数据建置数据帧且还将同步信息提供到链路状态和控制区块1016。通过接收数据来建置帧直到检测到帧间间隙为止。在检测到帧间间隙时，将帧发送到第二MAC 1010(例如，以1Gbps的速率)。帧间间隙可包含由第二光学链路1003传输且由解码器1020解码的特定控制字符。这些控制字符可包含由第二光学链路1003报告的光学信号强度信息。在一些实施例中，向链路状态和控制区块1016报告的同步数据可指示例如：(1)接收器当前与传入数据流不同步或不存在数据流；(2)接收器与传入数据流同步，但在所述数据流中呈控制字符形式的信息指示另一侧的接收器与我们的传输器不同步；或(3)接收器与传入数据流同步，且在数据流中呈控制字符形式的信息指示另一侧的接收器也与我们的传输器同步。

在一些实施例中，光学链路1001或FPGA 1006可包含解码器1020，诸如8B/10B解码器。解码器1020可从解串行化器1022接收数据并使用8B/10B编码方案将数据转换成8位控制字符的8位数据字符。在命令使用数据流中的控制字符时，解码器1020可与数据流同步。在一些实施例中，解码器1020可被配置来使用促进在水环境中使用光学链路执行地震勘探的其他解码技术解码数据。

在一些实施例中，光学链路1001或FPGA 1006可包含解串行化器1022。解串行化器可接收串行数据流且产生适于供解码器1020使用的数据(例如，10位并行数据)。在一些实施例中，解串行化器1022确定接收的数据脉冲的边沿且调整计时器以将数据锁存在数据波形中的合适点处，所述点可对应于眼孔图案的中心。在一些实施例中，在接收数据同步器1018发送同步命令时，解串行化器1022可尝试使用同步过程的控制字符与输入数据流同步。响应于来自接收数据同步器1018的命令，可重复同步过程。

在一些实施例中，光学链路1001包含光电倍增管(PMT)1024。PMT 1024可通信地耦接到FPGA 1006，同时位于FPGA外部。PMT 1024可包含将入射光或接收光转换为适于放大的电信号的相关联电路。在一些实施例中，PMT 1024可包含或通信地耦接到图2的光学接收器200。在一些实施例中，PMT 1024可包含或通信地耦接到图4的多阳极PMT 410。

在一些实施例中，光学链路包含增益控制器1026。增益控制器1026可包含调整PMT的增益使得可从入射光产生合适电信号的电路或其它硬件。在一些实施例中，可基于从PMT测量的阳极电流和信号链上的数据波形的量值调整增益。可通过增大或减小管上的偏置电压调整增益。获得所要信号所需的增益还发送到链路状态和控制区块1016。增益还可发送到传输/同步生成器区块1034，传输/同步生成器区块1034可使用帧间间隙中的控制字符将信息发送到第二光学链路1003。第二光学链路1003可基于这个信息调整传输功率以在大范围的光学条件内维持可靠链路。

第一光学链路1001和第二光学链路1003可分别包含产生含有数字信息的振幅调制光学信号的一或多个激光1030和1032(例如，图2的光学传输器100)。例如，激光1032可产生含有从串行化器1038接收的数字信息的光学信号。可经由调制通过激光1030和1032的电流来调制光学信号。可经由来自链路和状态控制模块1016的命令调整鉴别电流的量值和因此调整光鉴别。例如，量值和鉴别可被调整来补偿光学条件(例如，水介质的混浊度、浊度或混浊度)。

在一些实施例中，光学链路1001或FPGA 1006可包含串行化器1038。串行化器1038可从编码器1036(例如，8B/10B编码器)接收数据(例如，并行数据)且将数据流(例如，串行数据流)发送到激光1032。

在一些实施例中，光学链路1001或FPGA 1006包含编码器1036。在一些实施例中，编码器1036可包含将8位数据流转换为DC平衡的10位数据流的8B/10B编码器。数据可为256个可能的8位数据值中的任何一个或16个控制字符中的一个。

在一些实施例中，第一光学链路1001或FPGA 1006包含传输同步生成器1034。传输同步生成器1034可从第二MAC 1010接收数据(例如，以1Gbps的数据速率)。传输同步生成器1034可使用先入先出存储器缓冲数据，且以第二数据速率(例如，300Mbps)将数据发出到编码器1036。传输同步生成器1034可将指示传输同步生成器1034准备好从第二MAC 1010接收更多数据的信号发送到微处理器1012。传输同步生成器1034可通过发送同步数据来促进由第二光学链路1003进行的同步。传输同步生成器1034可从链路状态和控制模块1016接收指示将同步数据发送到第二光学链路1003的命令。在一些实施例中，传输同步生成器1034可将帧间间隙中的接收信号强度信息发送到第二光学链路1003，使得第二光学链路1003可调整其激光鉴别。

在一些实施例中，第一光学链路1001或FPGA 1006包含监测链路状态、引导进行传输功率调整或起始同步的链路状态和控制模块1016。例如，链路状态和控制模块1016可基于从第二光学链路1003接收的同步状态确定传输器应何时发送同步字符。如果第二光学链路1003报告其与另一侧不同步或未从另一侧接收信号，那么链路状态和控制模块1016可促进发送同步字符。在一些实施例中，链路状态和控制模块1016可基于所需PMT增益确定将由传输器发送到另一侧的信号强度信息。在一些实施例中，链路状态和控制模块1016可基于从第二光学链路1003接收的信号强度信息设置激光鉴别等级。在一些实施例中，链路状态和控制模块1016可将链路状态信息提供到微处理器1012。然后，微处理器1012可在其向主机装置提出请求时提供链路状态信息。

图11说明在水介质中执行地震勘探的方法1100的实施例。可由图2-10中所说明的一或多个系统或组件在图11中所说明的环境中执行方法1100。例如，可使用图10的FPGA1006以及图2的收发器10和20执行方法1100。

在一些实施例中，方法1100包含接收安置在水介质中的第一海底地震计(OBS)单元(例如，图1的传感器装置30)的水中环境数据(1105)。水中环境数据可包含例如以下项中的一或多项：地震数据、水下生物数据、浊度数据、水质数据、水流数据、水不透明度数据、水温数据等。OBS单元可使用安置在OBS单元内的一或多个传感器或OBS外部的一或多个传感器接收水中环境数据。一或多个传感器可包含例如地音探测仪、加速计、陀螺仪、量表等。在一些实施例中，OBS单元可放置在海底或海床处或附近。在一些实施例中，OBS单元可与海底接触、放置在海底上、部分埋入海底或以其它方式耦接到海底。在一些实施例中，OBS单元可经由长钉耦接到海床，而在其它实施例中OBS单元可放置在海底上(例如，OBS单元可包含盘形壳体，其中底部表面基本上是平坦的且被配置来与地面或海床充分耦接使得安置在OBS单元内的地音探测仪可接收地震数据)。

在一些实施例中，水中环境数据包含指示以下项中的至少一项的数据：地震活动、水介质中的溶解固体、水介质中的溶解矿物质、水介质的状态、水介质中的氧浓度、水介质中的盐浓度、水介质中的浮游生物浓度、水介质的浊度和存在于水介质中的动物。OBS单元可包含(在内部或在外部)或具有对被配置来接收、识别、确定或以其它方式获得水中环境数据的一或多个传感器的访问权。

在一些实施例中，方法1100包含将水中环境数据转换成光学信号(1110)。光学信号可被格式化来在水介质中进行光学传输。例如，OBS单元的数据转换模块可将由OBS单元接收的水中环境数据转换成具有一或多个信道编码技术的第一格式。信道编码技术可包含例如开关键控格式、8b/10b编码、脉冲位置鉴别、正交相移键控(QPSK)和正交振幅鉴别。在一些实施例中，第一格式可包含或相关联于一或多个参数，诸如频率、数据速率、波长、角度、带宽、强度、光子密度等。例如，方法1100可包含使用系统1000的一或多个组件(诸如微处理器1012、MAC 1010、传输/同步生成器1034、编码器1036或串行化器1038)来将水中环境数据转换成光学信号或传输水中环境数据。

在一些实施例中，方法1100包含通过水介质传输呈第一格式的光学信号(1115)。例如，OBS单元的光学传输器可被配置来通过水介质传输呈第一格式的光学信号。可基于第一格式、一或多个参数、或信道编码技术传输光学信号。在一些实施例中，方法1100包含使用光源或其它光学传输器(诸如固态光源、基于InGan的光源、激光或LED)传输光学信号。在一些实施例中，光学传输器可为收发器(诸如图2中所说明的收发器10或20)的组件。

在一些实施例中，方法1100包含使用单载波传输鉴别技术传输光学信号。在一些实施例中，方法1100包含使用多载波鉴别技术传输光学信号。例如，多载波鉴别技术可包含多路复用技术。在一些实施例中，多载波传输技术可包含光学正交频分多路复用技术。

在一些实施例中，通过水介质传输的光学信号的数据速率的范围可为从约10Mbps到约300Mbps。在一些实施例中，数据速率的范围可为从约10Mbps到约1Gbps。在一些实施例中，例如在特定类型的监测单元中，可使用较低数据速率(低至10Mbps或100Mbps)。

在一些实施例中，方法1100包含接收通过水介质传输的光学信号。例如，远程操作载具(ROV)、自主水下载具(AUV)或自主操作载具(AOV)中的至少一个的光学接收器可接收光学信号。方法1100可包含经由图2中所说明的光学接收器200或者收发器10或20、或使用图10中所说明的PMT1024接收光学信号。

在一些实施例中，方法1100可包含将通过水介质传输的光学信号转换成具有第二格式的非光学信号(1125)。在一些实施例中，非光学信号可指代可经由电线或电缆传输的电信号。在一些实施例中，非光学信号包含被配置来通过光缆或其它电缆传输到潜艇(例如，海面上的船)的电信号。

在一些实施例中，通过水介质传输的非光学信号或电信号的第二格式不同于光学信号的第一格式。例如，电信号的第二格式可包含高于光学信号的第一格式的数据速率的数据速率。第二格式的数据可较高，这是因为电信号或非光学信号是通过电缆而非光学地通过水介质进行传输。

在一些实施例中，方法1100包含多个BOS单元通过水介质传输一或多个光学信号。例如，第一OBS单元可通过水介质将光学信号传输到第二OBS单元。第二OBS单元可通过水介质接收光学信号且将另一光学信号传输到第三OBS单元。在一些实施例中，OBS单元中的一个可通过水介质将光学信号传输到ROV、AUV或AOV或一些其它访问点。然后，ROV、AUV、AOV或其它访问点可将接收的光学信号转换为非光学信号，且经由电缆或电线将非光学信号传输到促进将数据传输到海面的潜艇或其它装置。

在一些实施例中，第一OBS单元将第一光学信号传输到第二OBS单元，且除第二OBS单元的数据外，第二OBS单元还将第一光学信号的数据传输到ROV、AUV、AOV或其它访问点。因此，多个OBS单元可聚合经由通过水介质的光学信号传输的数据以促进将数据传送到能够经由非光学信号和电线将数据传输到海面的ROV或其它装置。

在一些实施例中，方法1100包含确定水介质的特性以便调整与传输光学信号相关联的参数或编码技术。特性可包含浊度度量、水质、水流和不透明度中的至少一个。在一些实施例中，所述方法可包含使用在接收器处检测到的光的量来测量接收器处的光量且从而辨别水透明度(例如，浊度)和/或传输器与接收器之间的距离。因为检测器输出处的光电流将约等于光敏元件(诸如光电阴极)处的光学功率、将光学功率转换成光电子的效率(量子效率)和检测器增益的乘积，所以可通过测量来自光检测器(PIN二极管、雪崩光电二极管(APD)、混合光检测器(HPD、真空光电二极管、倍增器电极类型光电倍增器或微通道板(MCP)类型光电倍增器等)的输出电流且还测量光检测器增益(如由APD、HPD或光电倍增器的偏置电压表示)和任何放大器元件增益来完成这个测量。

另一实施例将使用如在前段中所述的光学功率的测量来改变数据速率以确保数据传送的低误码率和最大实际速率。在其中接收的传输器功率归因于浊度、传输器与接收器之间的距离、窗口处的污垢或岩屑等而为弱的情况下，数据速率可减小使得每个位的光子数量增大，接收器处的散粒噪声减小，且从而误码率减小。在一些实施例中，光学信号的输出强度可增大。在一些实施例中，光波长可被调整来改进数据速率(例如，如果确定一或多个光波长更可能被吸收或从水介质中的岩屑反射)。

在一些实施例中，方法1100包含起始OBS单元与ROV和AUV中的至少一个之间的光学链路。方法1100可包含将第一光学信号从OBS单元传输到ROV和AUV中的至少一个。ROV或AUV可(例如，经由微处理器)确定第一信号的误码率是否符合要求，其可确定误码率太低。在一些实施例中，ROV或AUV可比较误码率与由系统管理者设置的阈值。在一些实施例中，所述方法可包含使用误码率测试模式(例如，伪随机二进制序列、准随机信号源、3/24、1:7、Min/Max、全1、全0、交替的0和1、2/8、桥接分接、多路径或T1-DALY和55OCTET)执行误码率测试。在一些实施例中，误码率阈值的范围可例如为从约1e-2到约1e-8。在一些实施例中，误码率阈值的范围可为例如从约1e-3到约1e-4。

在一些实施例中，方法1100可包含传输具有大于第一速率的第二数据速率的第二光学信号。方法1100可包含响应于确定第一信号的误码率满足阈值，而将第二数据速率选择为高于第一数据速率。例如，如果第一信号的误码率相对较好(例如，1e-4或更低)，那么方法1100可包含选择高于第一数据速率的第二数据速率。在一些实施例中，方法1100可包含基于误码率选择第二数据速率(例如，如果误码率相对较低，那么第二数据速率可为第一误码率的倍数，诸如第一数据速率的两倍)。

在一些实施例中，方法1100包含确定误码率小于阈值或以其它方式不满足阈值(例如，误码率太高)。在这种情况下，方法1100可包含选择小于第一数据速率的第二数据速率(例如，第二数据速率可为第一数据速率的约10％到约90％)。

在一些实施例中，自动增益控制可用来提供慢启动功能。自动增益控制可允许接收器在接收的传输器功率范围内的最优敏感度范围中起作用。慢启动可保护具有压敏增益的光检测器(例如，光学接收器)，诸如APD、HPD、倍增器类型光电倍增器或MCP类型光电倍增器。这些光检测器可因以高光级或增益进行操作而受损。因此，默认从低增益启动的自动增益控制可防止光检测器受损。在一些实施例中，可在硬件中使用计时电路实施慢启动自动增益控制。在一些实施例中，如果传输器已包含用于其它功能(诸如测量接收的传输器功率、改变位速率等)的微控制器或其它处理器系统，那么可在软体中实施慢启动自动增益控制以实现更大灵活性。

图12为用于对光学系统供电以在水环境中执行地震勘探的系统1200的图示。在一些实施例中，系统1200包含被配置来执行可消耗低能量(例如，从约0瓦到约1瓦)的检测过程和验证过程的唤醒子系统1225。系统1200可确定通信链路(例如，光学链路)是否已被适当建立和正确地执行(例如，使用质量控制参数，诸如误码率或其它握手协议)。在一些实施例中，能量消耗可处于百微瓦级。在一些实施例中，系统1200可通过从冲击波/信号(无论是声学的还是光学的)汲取能量，使用少量能量或不使用能量。例如，系统1200可由波能、光能、声能或化学反应驱动。在一些实施例中，唤醒子系统1225可从由ROV、AUV、或AOV或其它光源提供的光汲取能量。在一些实施例中，专门定制或其它单独电池可对唤醒子系统1225供电。这个单独电池可不同于电源子系统1205。在一些实施例中，唤醒子系统1225可促进零功率启动或极低功率启动。

在一些实施例中，系统1200包含电源子系统。电源子系统可将电力提供到系统1200的一或多个组件，包含例如3轴传感器1210、采集子系统1215、存储和控制子系统1220、提取子系统1230和唤醒子系统1225。在一些实施例中，电源子系统1205包含燃料电池、电池包、电容器或其它能量存储装置。在一些实施例中，电源子系统可再充电。在一些实施例中，电源子系统1205可不将电力提供到唤醒子系统1225(例如，电源子系统1205可不耦接到唤醒子系统1225)。

在一些实施例中，系统1200包含3轴传感器1210。3轴传感器可确定、检测或以其它方式识别系统1200或包含系统1200的装置(例如，水介质中的OBS单元或其它装置)的定向。3轴传感器可确定、识别与系统1200的轴或定向相关联的定向变化、传感器装置移动或其它参数。3轴传感器可通信地耦接到采集子系统1215且将数据提供到采集子系统1215。

在一些实施例中，系统1200包含采集子系统1215。采集子系统1215可被配置来从3轴传感器1210接收数据且将所述数据传送到存储和控制子系统或唤醒子系统1225。采集子系统可包含用来获取数据且在系统1200的一或多个组件之间传送数据的一或多个逻辑阵列、微处理器或其它电路。

在一些实施例中，系统1200包含存储和控制子系统1220。存储和控制子系统1220可包含用来获取数据且在系统1200的一或多个组件之间传送数据的一或多个逻辑阵列、微处理器或其它电路。存储和控制子系统1220可被配置来与唤醒子系统1225进行通信以起始对系统1200的各种组件供电。在一些实施例中，存储和控制子系统1220可促进监测水介质中的活物，诸如鱼、哺乳动物或其它海洋生物。

在一些实施例中，系统1200包含提取子系统1230，提取子系统1230被配置和建构来提取存储在例如存储和控制子系统1220中且经由系统1200的另一组件获得的数据，且经由传输器1235传输数据。在一些实施例中，提取子系统1230可包含一或多个逻辑阵列、处理器或其它电路。在一些实施例中，提取子系统1230可将数据从一种格式转换为另一格式以便传输。在一些实施例中，提取子系统1230可包含功率控制器、存储接口、链路接口和处理器。链路接口可通信地耦接到传输器1235。

在一些实施例中，系统1200包含传输器1235。传输器1235可使用例如光学信号、射频信号或电信号经由电线或电缆传输数据。在一些实施例中，传输器1235可包含用来传输数据的以太网链路或其它接口。

在一些实施例中，系统1200包含通信地耦接到唤醒子系统1225的检测器1240。检测器1240可包含促进将唤醒或供电于系统1200或另一系统的一或多个组件以执行地震勘探的指示提供到唤醒子系统1225的光检测器、声学检测器、运动检测器、接近检测器、磁性检测器或其它传感器。

虽然本文中已描述和说明了各种发明实施例，但是所属领域的一般技术人员将容易设想出用于执行功能和/或获得结果和/或本文中所述的优点中的一或多个的各种其它构件和/或结构，且这些变化和/或修改中的每一个被视为在本文中所述的发明实施例的范围内。更一般来说，所属领域的熟练技术人员将容易明白，本文中所述的所有参数、尺寸、材料和配置意在为示例性，且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明教学的一或多个特定应用。所属领域的熟练技术人员将认识到或能够仅仅使用例行实验确认本文中所述的特定发明实施例的诸多等效物。因此，应了解，前述实施例仅借助于实例而呈现，且在随附权利要求书和其等效物的范围内，可不同于具体描述和要求来实践发明实施例。本公开的发明实施例涉及本文中所述的每个个别特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或两个以上这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合在这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾的情况下包含在本公开的发明范围内。

上文所述的实施例可以众多方式中的任何一种来实施。例如，实施例可使用硬件、软件或其组合来实施。当在软件中实施时，可在任何合适处理器或处理器集合上执行软件代码，无论是提供在单个计算机中还是分布在多个计算机之间。

此外，计算机可具有一或多个输入和输出装置。这些装置可尤其用来呈现用户接口。可用来提供用户接口的输出装置的实例包含用于视觉输出呈现的打印机或显示屏，和用于声音输出呈现的扬声器或其它声音生成装置。可用于用户接口的输入装置的实例包含键盘和指向装置，诸如鼠标、触控板和数字化输入板。举另一实例，计算机可通过语音辨识或以其它声音格式接收输入信息。

这些计算机可通过以任何合适形式的一或多个网络(包含局域网或广域网，诸如企业网和智能网络(IN)或互联网)互连。这些网络可基于任何合适技术，且可根据任何合适协议进行操作，且可包含无线网络、有线网络或光纤网络。

用来实施本文中所述的功能的至少一部分的计算机可包括存储器、一或多个处理单元(本文中也简称为“处理器”)、一或多个通信接口、一或多个显示单元和一或多个用户输入装置。存储器可包括任何计算机可读介质，且可存储用于实施本文中所述的各种功能的计算机指令(本文中也称为“处理器可执行指令”)。处理单元可用来执行指令。通信接口可耦接到有线或无线网络、总线或其它通信构件，且可因此允许计算机将通信传输到其它装置和/或从其它装置接收通信。显示单元可被提供来例如允许用户结合指令执行查看各种信息。用户输入装置可被提供来例如允许用户在执行指令期间进行手动调整、作出选择、输入数据或各种其它信息，和/或以各种方式中的任何一种与处理器互动。

本文中所概述的各种方法或过程可被编码为软件，所述软件可在采用各种操作系统或平台中的任何一个的一或多个处理器上执行。此外，这个软件可使用多种合适编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来写入，且还可被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言码或中间码。

在这个方面，各种发明概念可体现为用一或多个程序编码的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一或多个软盘、光盘、光碟、磁带、快闪存储器、现场可编程门阵列或其它半导体装置中的电路配置，或其它非暂时性介质或有形计算机存储介质)，所述程序在于一或多个计算机或其它处理器上执行时执行实施上文所论述的本发明的各种实施例的方法。一或多个计算机可读介质可为便携式，使得存储在其上的一或多个程序可加载到一或多个不同计算机或其它处理器上以实施如上文所论述的本发明的各个方面。

在本文中以一般含义使用术语“程序”或“软件”以指代可用来对计算机或其它处理器编程以实施如上文所论述的实施例的各个方面的计算机可执行指令的任何类型的计算机码或集。此外，应明白，根据一个方面，在被执行时执行本发明的方法的一或多个计算机程序无需驻留在单个计算机或处理器上，而是可以模块化方式分布在多个不同计算机或处理器之间以实施本发明的各个方面。

计算机可执行指令可呈诸多形式，诸如由一或多个计算机或其它装置执行的程序模块。通常，程序模块包含执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件、数据结构等。通常，程序模块的功能可根据需要组合或分布在各种实施例中。

此外，数据结构可以任何形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可被示出为具有通过数据结构中的位置相关的字段。这些关系同样地可通过对字段的存储指派传达字段之间的关系的计算机可读介质中的位置来实现。然而，任何合适机制可用来建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包含通过使用建立数据元素之间的关系的指示器、标签或其它机制。

此外，各种发明概念可体现为已提供其实例的一或多种方法。可以任何合适方式对被执行为所述方法的部分的动作进行排序。因此，可建构其中以不同于所说明次序的次序执行动作的实施例，其可包含同时执行一些动作，即使在说明性实施例中被示出为循序动作。

如本文中所定义和所使用的所有定义应被理解为对字典定义、通过引用的方式并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通含义的控制。

除非明确指示是相反情况，否则如本文在说明书中和权利要求书中所使用的不定冠词“一(a和an)”应被理解为意指“至少一个”。

如本文在说明书中和权利要求书中所使用的短语“和/或”应被理解为意指如此连接的元件(即，结合地存在于一些情况中且分离地存在于其它情况中的元件)中的“一个或两个”。应以相同方式解释使用“和/或”列出的多个元件，即，如此连接的元件中的“一或多个”。可任选地存在除由“和/或”条款具体识别(无论是与所述具体识别的元件是否有关)的元件外的其它元件。因此，作为非限制性实例，在一个实施例中，对“A和/或B”的参考在结合开放式语言(诸如“包括”)使用时可指代仅A(任选地包含除B外的元件)；在另一实施例中，仅B(任选地包含除A外的元件)；在又一实施例中，A和B两者(任选地包含其它元件)等。

如本文在说明书和权利要求书中所使用，“或”应被理解为具有与如上文所定义的“和/或”相同的含义。例如，在分离清单中的项时，“或”或者“和/或”应被解释为包含性，即，包含多个元件或元件清单中的至少一个，而且包含多个元件或元件清单中的一个以上，且任选地包含额外未列项。仅明确指示是相反情况的术语，诸如“……中的仅一个”或“确切地……中的一个”，或在用于权利要求书时，“由……组成”，将指代包含多个元件或元件清单中的唯一一个元件。一般来说，如本文中所使用的术语“或”在前面具有排斥性术语(诸如“……中的任何一个”、“……中的一个”、“……中仅一个”或“……中唯一一个”)时应仅被解释为指示排斥性替代者(即，“一个或另一个但并非两个”)。“本质上由……组成”在用于权利要求书时应具有其在专利法领域中所使用的普通含义。

如本文在说明书和权利要求书中所使用，短语“至少一个”在提及一或多个元件的清单时应被理解为意指选自元件清单中的元件中的任何一或多个的至少一个元件，但未必包含元件清单内具体列出的每一元件中的至少一个且不排斥元件清单中的任何元件组合。这个定义还允许可任选地存在除短语“至少一个”所指代的元件清单内具体识别的元件外的元件(无论与所述具体识别的元件是否有关)。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地，“A和/或B中的至少一个”)可在一个实施例中指代至少一个(任选地包含一个以上)A，但不存在B(且任选地包含除B外的元件)；在另一实施例中，指代至少一个(任选地包含一个以上)B，但不存在A(且任选地包含除A外的元件)；在又一实施例中，指代至少一个(任选地包含一个以上)A和至少一个(任选地包含一个以上)B(且任选地包含其它元件)等。

在权利要求书以及上文说明书中，所有连接词(诸如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由……构成”)等应被理解为开放式，即，意指包含但不限于。仅连接短语“由……组成”和“本质上由……组成”应如在美国专利局专利审查程序手册中章节2111.03所陈述为封闭式或半封闭式连接词。

Claims (20)

1.一种在水介质中执行地震勘探的系统，包括：

海底地震计OBS单元，设置在所述水介质中以接收水中环境数据；

所述OBS单元的数据转换模块，将所述水中环境数据转换成被配置为经由所述水介质进行光学传输的第一格式的光学信号；

水下载具；

所述OBS单元和所述水下载具中的至少一个：

在所述OBS单元和通过所述水介质与所述OBS单元分离的所述水下载具之间建立通过所述水介质的光学链路；以及

基于在所述OBS单元和所述水下载具之间建立的通过所述水介质的所述光学链路确定所述水介质的特性；

所述OBS单元的控制器，基于所述水介质的特性，调整与所述光学信号有关的参数；

所述OBS单元的光学传输器，经由所述光学链路将所述光学信号传输到所述水下载具的光学接收器，所述光学信号具有所述第一格式并且包括由所述OBS单元基于所述水介质的特性调整的所述参数；

所述水下载具：

接收由所述OBS单元的光学传输器通过所述水介质经由所述光学链路传输的所述光学信号；

响应于接收到所述光学信号，将所述光学信号转换成具有第二格式的非光学信号；以及

将呈所述第二格式的所述非光学信号提供到检索装置。

2.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述检索装置，设置在船舶上。

3.根据权利要求1所述的系统，包括：

电缆，

其中所述水下载具进一步被配置为将所述非光学信号提供到所述检索装置。

4.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述水下载具的光学接收器，进一步被配置为感测所述OBS单元的光学传输器的角度；其中，

所述水下载具被配置为基于根据所述光学接收器感测到的所述角度的信号来选择多阳极光电倍增管中的阳极以将所述光学接收器的视场角与所述光学传输器对齐。

5.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述水下载具的光学接收器的光电二极管，所述光电二极管产生所述非光学信号，所述非光学信号包括基于由所述光学接收器从所述OBS单元的光学传输器接收的光的电输出；以及

所述水下载具的自动增益控制放大器，调整所述电输出的级别。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述OBS单元配置为：

检测到所述水下载具的存在；以及

响应于所述检测，进入通电状态以传输所述光学信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述OBS单元的光学传输器响应于检测到所述水下载具的存在，进入通电状态以传输所述光学信号，

其中所述OBS单元进一步被配置为响应于所述通电状态，在传输所述光学信号前验证所述光学链路。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学传输器封装在防水容纳物中，并且所述光学传输器包括固态光源。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述OBS单元配置为：

响应于对所述光学链路的特性的一个或多个测量，动态地调整所述参数。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述参数包括以下项中的至少一项：所述光学信号的数据速率、所述光学信号的输出强度、所述光学信号的波长和所述光学接收器的增益。

11.一种在水介质中执行地震勘探的方法，包括：

由设置在所述水介质中的海底地震计OBS单元，接收水中环境数据；

由所述OBS单元的数据转换模块，将所述水中环境数据转换成被配置经由所述水介质进行光学传输的第一格式的光学信号；

在所述OBS单元和通过所述水介质与所述OBS单元分离的水下载具之间，建立通过所述水介质的光学链路；

由所述OBS单元和所述水下载具中的至少一个，基于在所述OBS单元和所述水下载具之间建立的通过所述水介质的所述光学链路来确定所述水介质的特性；

由所述OBS单元，基于所述水介质的特性，调整与所述光学信号有关的参数；

由所述OBS单元的光学传输器，经由在所述OBS单元和所述水下载具之间建立的通过所述水介质的所述光学链路，将所述光学信号传输到所述水下载具的光学接收器，所述光学信号具有所述第一格式并且包括由所述OBS单元基于所述水介质的特性调整的所述参数；

由所述水下载具的光学接收器，接收由所述OBS单元的光学传输器通过所述水介质经由所述光学链路传输的所述光学信号；

由所述水下载具响应于接收到所述光学信号，将所述光学信号转换成具有第二格式的非光学信号；以及

由所述水下载具将呈所述第二格式的所述非光学信号提供给检索装置。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：

将所述检索装置设置在船舶上。

13.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述水下载具经由电缆，将所述非光学信号提供到所述检索装置。

14.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述水下载具的光学接收器，感测所述OBS单元的光学传输器的角度；以及

由所述水下载具基于根据由所述光学接收器感测到的所述角度的信号，选择多阳极光电倍增管中的阳极，以将所述光学接收器的视场角与所述光学传输器对齐。

15.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述水下载具的光学接收器的光电二极管产生所述非光学信号，所述非光学信号包括基于由所述光学接收器从所述OBS单元的光学传输器接收的光的电输出；以及

由所述水下载具的自动增益控制放大器调整所述电输出的等级。

16.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述OBS单元检测所述水下载具的存在；以及

由所述OBS单元的光学传输器响应于所述检测，进入通电状态以传输所述光学信号。

17.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述OBS单元，检测所述水下载具的存在；

由所述OBS单元的光学传输器响应于所述检测，进入通电状态以传输所述光学信号；以及

响应于进入所述通电状态，在传输所述光学信号前验证所述光学链路。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述光学传输器封装在防水容纳物中，并且所述光学传输器包括固态光源。

19.根据权利要求11所述的方法，包括：

由所述OBS单元响应于测量到所述光学链路的特性，动态地调整所述参数。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数包括以下项中的至少一项：所述光学信号的数据速率、所述光学信号的输出强度、所述光学信号的波长和所述光学接收器的增益。

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