海水湍流对涡旋局域光波通信的影响及其抑制的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0107.海上和水下通信
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The key problems to realize optical communication of high speed, big data and secrecy in the underwater of long distance are stemming the signal loss caused by turbulence, scattering and absorption of seawater and remitting the communication link pointing error caused by the wander of beam center which is introduced by turbulence. Vortex localized waves are the spatiotemporal light waves with no diffraction, no dispersion and carrying orbital angular momentum (OAM). This project is to establish the models of the evolution of the OAM mode of vortex localized waves and the information capacity of the communication channel with point error. To do so, we first set up a turbulent power spectrum, which can describe the turbulent fluctuations of seawater containing high wavenumber region, and the wave structure function of the vortex localized waves in turbulent seawater. In the process of research, by taking the advantage of the characteristics of the low vacuum diffraction, the low light scattering,the low dispersion and the low turbulent scintillation of the vortex localized waves, we explore the origin of controlling the distraction of seawater turbulence by the vortex localized waves. The research is carried out from three aspects. The three aspects are the evolution trajectory of the signal OAM mode induced by turbulence, the point error of the communication link caused by the wander of beam center and the influence of the bandwidth of OAM orthogonal expansion basis on the transmission of the OAM mode. The results of this project will contribute to deepen the understanding of the mechanism of the beam structure adjusting and controlling the turbulence interference of the seawater. The results also will provide a universal model for the investigations of underwater optical communication. The conclusions of this project will contribute to understand the crosstalk mechanism between the OAM modes of the vortex beam induced by seawater turbulence. As well as, the conclusions will enrich and penetrate into the theory of artificial controlling for the obstruction of optical signal transmission originated from seawater turbulence.
遏制海水的湍流、散射和吸收产生的信号损失,缓解束心抖动导致的光通信链路的指向误差,是实现远距离水下大数据高速保密光通信必须解决的关键问题。涡旋局域波是一种具有无衍射无色散且携带轨道角动量(OAM)的空时光束。本项目以建立描述包含高波数区海水湍流起伏规律的湍流功率谱和涡旋局域光波的波结构函数为研究基础,借助涡旋局域光波的低真空衍射、光散射、色散和湍流闪烁等优点,从湍流诱发信号OAM模演变、束心抖动产生通信链路指向误差和OAM正交展开基的带宽对OAM模传输的影响等三方面探究涡旋局域光波调控海水湍流干扰的根源,建立链路指向误差信道中传输涡旋局域光波所携带OAM模的演变模型和信道信息容量模型。本项目的研究结果有助于加深了解光束结构调控海水湍流干扰的原理,为水下光通信研究提供普适的海水湍流功率谱模型。研究结论有助于理解海水湍流诱发OAM模间串音的机制,丰富和深化人为控制湍流海水干扰光信号传输的理论。

结项摘要

海洋覆盖了地球三分之二的表面,海洋中拥有丰富的渔业资源和蕴藏着大量矿产资源。所以,开发发展海洋事业,加快遥控潜水器和潜艇的研制、加大海洋资源的分析、海床生态演变的调查、海底天然气和石油的勘探、海洋污染的监测等是强国固本特别是成为海洋强国的重要环节。长距离、大数据和高速率的水下无线保密光通信网络是实现此环节高速发展的重要基础之一。但是,海水的湍流与吸收限制了水下光通信网络节点间的长度,所以,遏制海水通道的湍流与光吸收、湍流产生光束抖动与光束扩展和收发系统瞄准误差产生的链路指向误差等造成的通信信号损失是实现水下长距离、大数据和高速率保密通信必须要解决的关键课题。本项目通过建立新海水湍流功率谱解决了传统湍流功率谱在高低波数端点区的理论局限性和在极低空间频率区存在违反实验事实的理论奇点问题,突破了经典海水湍流功率谱在建立中到强湍流起伏区修正海洋Rytov理论时遇到的数学障碍,开辟了采用脉冲涡旋局域波扼制吸收海水湍流通道损耗的研究方向;通过提出高斯准直局域波的相位结构函数、空时正交涡旋基、带限(束径)有限正交涡旋基、OAM载波指向误差链路的信号-噪声-串音比和揭示涡旋光束的结构参数、束心抖动和光束扩展、脉冲展宽、通信链路的指向误差、海水湍流、信号调制方法和随机涡旋场的OAM正交展开方法影响OAM信号模传输的机制,建立了水下局域载波光通信链路的OAM检测概率和信道信息容量的理论模型;通过在定位局域波传输模型中引入湍流统计理论,提出随机定位局域波的概念和建立了相应的透射率理论模型。项目研究发现涡旋局波的类型、结构参数和信号调制方式的选择能部分克服海水通道中的湍流和吸收的自然障碍,达到延长信号在水下通道中传输距离的目的。项目的研究方法和结果为水下光通信系统研究与设计提供理论基础。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
Capacity of communication link with carrier of vortex localized wave in absorptive turbulent seawater
吸收性湍流海水中涡局域波载波通信链路能力
  • DOI:
    10.1080/17455030.2020.1844925
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    WAVES IN RANDOM AND COMPLEX MEDIA
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shibao Deng;Dong Yu Yang;Yixin Zhang
  • 通讯作者:
    Yixin Zhang
Bit-error rate and average capacity of an absorbent and turbulent underwater wireless communication link with perfect Laguerre-Gauss beam
具有完美拉盖尔高斯光束的吸收性和湍流水下无线通信链路的误码率和平均容量
  • DOI:
    10.1364/oe.451981
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hongbin Yang;Qingze Yan;Pan Wang;Lifa Hu;Yixin Zhang
  • 通讯作者:
    Yixin Zhang
Received Probability of Vortex Modes Carried by Localized Wave of Bessel-Gaussian Amplitude Envelope in Turbulent Seawater
湍流海水中贝塞尔-高斯振幅包络局域波携带的涡模接收概率
  • DOI:
    10.3390/jmse7070203
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Deng Shibao;Zhu Yun;Zhang Yixin
  • 通讯作者:
    Zhang Yixin
Capacity of underwater wireless optical links with pointing errors
具有指向误差的水下无线光链路的容量
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2019.04.061
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Li Ye;Zhang Yixin;Zhu Yun
  • 通讯作者:
    Zhu Yun
Information capacity of turbulent and absorptive underwater wireless link with perfect Laguerre–Gaussian beam and pointing errors
具有完美拉盖尔高斯光束和指向误差的湍流和吸收性水下无线链路的信息容量
  • DOI:
    10.3390/jmse10121957
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Journal of Marine Science and Engineering
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yixin Zhang;Qingze Yan;Lin Yu;Yun Zhu
  • 通讯作者:
    Yun Zhu

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

光纤耦合双光学腔系统的相干动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹德伟;张逸新;胡征达
  • 通讯作者:
    胡征达

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码