CN109067459B - 控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法 - Google Patents

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    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication

Abstract

一种控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移问题的方法，包括：通过光学仿真软件ZEMAX设计实验环境，获取训练数据；使用获取的训练数据通过训练得到mems透镜的控制算法：将五个光电二极管所接收到的序列用实数编码，得到一个5x1的矩阵X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，所得到的位置坐标表示为一个3x1的矩阵C＝[c1,c2,c3]T，其中c1,c2为信号接收器能够完整接收到光信号的位置坐标，c3是mems透镜偏转的角度。本发明的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法，解决了水下环境的变化导致的光路偏移的问题，使水下可见光通信稳定性得到提高。

Description

控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法
技术领域
本发明涉及一种解决水下可见光通信光路偏移的方法。特别是涉及一种控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法。
背景技术
随着社会的发展，人们开展的水下活动日益增多。相应地，人们对高速远距离的水下通信的需求也越来越强烈。目前国际上实现水下通信的技术路线主要是基于声波和射频的水下通信技术，前者主要是实现低速长距离通信，后者主要实现中速短距离通信。近年来，水下可见光通信技术由于蓝绿波段的可见光在水下的损耗系数小，光载波的容量与速率很大，越来越引起国际研究组织的关注，成为国内外在该领域竞争的焦点和制高点。但是在水下可见光通信过程中，因为水的波动和折射光通路会发生位置偏移，从而使接收器无法准确接收到光信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使水下可见光通信稳定性得到提高的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移问题的方法，包括如下步骤：
1)通过光学仿真软件ZEMAX设计实验环境，获取训练数据；
2)使用获取的训练数据通过训练得到mems透镜的控制算法：将五个光电二极管所接收到的序列用实数编码，得到一个5x1的矩阵X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，所得到的位置坐标表示为一个3x1的矩阵C＝[c1,c2,c3]T，其中c1,c2为信号接收器能够完整接收到光信号的位置坐标，c3是mems透镜偏转的角度。
步骤1)所述的设计实验环境是：在一个充满水介质的密闭空间中设置一个带有五个光电二极管的mems透镜，一个携带有数据信息的光源，所述的光源是一个3×3的点光源阵列；所述的训练数据是：五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标。
所述训练数据的获取是：每次通过控制不同点光源的开关给mems透镜发送不同的信息，经过若干次控制不同点光源的开关给mems透镜发送连续序列，收集五个光电二极管所接收的信息，以及确定mems透镜中心光电二极管应该移向的位置，从而获取五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标。
步骤2)是使用维纳滤波器的输入输出表达式来对获取的训练数据进行训练，维纳滤波器输入输出表达式为AX＝C，将五个光电二极管所接收到的若干组序列用实数编码，得到X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，同时得到若干个对应的位置坐标C＝[c1,c2,c3]T，通过机器学习的方法，使用得到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标获得所需要的控制矩阵A；在得到控制矩阵A之后对实际的实数矩阵X′进行预测分析，当得到五个光电二极管所接收到的实际的实数矩阵X′之后，计算出与实际的实数矩阵X′对应的实际位置坐标C′，从而控制透镜移动到正确的位置。
本发明的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法，解决了水下环境的变化导致的光路偏移的问题，使水下可见光通信稳定性得到提高。本发明具有以下有益效果：
1、更加灵活准确地控制透镜偏移，相比于差分编码法有更好的灵活性和普适性。
2、控制透镜偏移，解决了水下可见光通信中光通路偏移的问题，提高了水下可见光通信的准确性，稳定性和完整性。
附图说明
图1是本发明控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法的实验环境；
图2是本发明所使用的mems透镜示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法做出详细说明。
本发明的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移的方法，包括如下步骤：
1)通过光学仿真软件ZEMAX设计实验环境，获取训练数据；
所述的设计实验环境是：在一个充满水介质的密闭空间中设置一个带有五个光电二极管的mems透镜1，一个携带有数据信息的光源2，所述的光源2是一个3×3的点光源阵列；所述的训练数据是：五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标。
所述训练数据的获取是：每次通过控制不同点光源的开关给mems透镜发送不同的信息，经过若干次控制不同点光源的开关给mems透镜发送连续序列，收集五个光电二极管所接收的信息，以及确定mems透镜中心光电二极管应该移向的位置，从而获取五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标。
2)使用获取的训练数据通过训练得到mems透镜的控制算法：将五个光电二极管所接收到的序列用实数编码，得到一个5x1的实数矩阵X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，所得到的位置坐标表示为一个3x1的实数矩阵C＝[c1,c2,c3]T，其中c1,c2为信号接收器能够完整接收到光信号的位置坐标，c3是mems透镜偏转的角度。
本发明是使用维纳滤波器的输入输出表达式来对获取的训练数据进行训练，维纳滤波器输入输出表达式为AX＝C，将五个光电二极管所接收到的若干组序列用实数编码，得到X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，同时得到若干个对应的位置坐标C＝[c1,c2,c3]T，通过机器学习的方法，使用得到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标获得所需要的控制矩阵A；在得到控制矩阵A之后对实际的实数矩阵X′进行预测分析，当得到五个光电二极管所接收到的实际的实数矩阵X′之后，计算出与实际的实数矩阵X′对应的实际位置坐标C′，从而控制透镜移动到正确的位置。

Claims (2)

1.一种控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移问题的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过光学仿真软件ZEMAX设计实验环境，获取训练数据；
所述的设计实验环境是：在一个充满水介质的密闭空间中设置一个带有五个光电二极管的mems透镜，一个携带有数据信息的光源，所述的光源是一个3×3的点光源阵列；所述的训练数据是：五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标；
所述训练数据的获取是：每次通过控制不同点光源的开关给mems透镜发送不同的信息，经过若干次控制不同点光源的开关给mems透镜发送连续序列，收集五个光电二极管所接收的信息，以及确定mems透镜中心光电二极管应该移向的位置，从而获取五个光电二极管接收到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标；
2)使用获取的训练数据通过训练得到mems透镜的控制算法：将五个光电二极管所接收到的序列用实数编码，得到一个5x1的矩阵X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，其中x1,x2,x3,x4,x5分别为五个光电二极管接收序列的实数编码，所得到的位置坐标表示为一个3x1的矩阵C＝[c1,c2,c3]T，其中c1,c2为信号接收器能够完整接收到光信号的位置坐标，c3是mems透镜偏转的角度。
2.根据权利要求1所述的控制mems透镜解决水下可见光通信光路偏移问题的方法，其特征在于，步骤2)是使用维纳滤波器的输入输出表达式来对获取的训练数据进行训练，维纳滤波器输入输出表达式为AX＝C，将五个光电二极管所接收到的若干组序列用实数编码，得到X＝[x1,x2,x3,x4,x5]T，同时得到若干个对应的位置坐标C＝[c1,c2,c3]T，通过机器学习的方法，使用得到的若干组序列以及对应的若干个位置坐标获得所需要的控制矩阵A；在得到控制矩阵A之后对实际的实数矩阵X′进行预测分析，当得到五个光电二极管所接收到的实际的实数矩阵X′之后，计算出与实际的实数矩阵X′对应的实际位置坐标C′，从而控制透镜移动到正确的位置。
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