摘要
随着海洋资源勘探和环境检测等领域研究的不断深入，部署在水下的机器人和智能传感器也逐渐增多。因此，作为这些领域重要技术支撑的水下无线通信技术迫切需要实现大容量数据传输。水下光通信因具有高传输带宽、高传输速率、低链路延时和高安全性的优点而受到广泛关注，成为研究热点。 基于水下资源勘探和水下环境监测等场景下的实际需求，本文围绕水下光通信系统展开研究，设计实现了面向视频传输的水下光通信信息处理与控制系统，主要工作如下： (1)基于上位机（PC机），用C#语言编写信息处理与控制软件，实现了系统的协同工作。该软件具有硬件开关和通信速率控制、数据加密、视频压缩、文件传输、以太网通信、误码率计算与显示等功能；此外，还编写显示界面，实现信息的可视化传输。 (2)基于下位机（FPGA），用VerilogHDL语言编写了以太网通信、模式控制、RS编解码、8B/10B编解码以及误码测试等模块。系统设计为误码模式2和以PC机为信源的通信模式1两种工作模式，并通过SignalTapⅡ和WireShark软件对数据获取分析，验证各模块数据处理的正确性。 (3)基于以上两种模式，为进一步研究水下探测，增设了一类水下视频模式3的工作模式，并且设计了水下视频采集子系统。基于下位机及其外设（OV5640摄像头和DDR2存储器），编写了视频采集模块与数据存储模块，并用SignalTapⅡ软件对数据获取分析来验证数据流拼接的正确性。基于上位机，用C#语言编写了实时视频显示界面。 (4)利用同轴传输线将通信两端连接，模拟能够进行稳定通信的光信道，进行系统的功能和性能测试;并基于小水缸模拟水下环境，进行视频采集、传输及显示实验。最后，将本系统连入光发射与光接收模块中进行集成化的水下通信实验。 实验表明，本系统各项处理与控制功能均已实现，并且具有良好的稳定性与实用性。能够得出水下光通信中通信的速率、距离和误码率等关键参数，并且实现了以PC机为信源的水下光通信演示系统和以摄像头为信源的水下视频采集与传输系统。
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