水下通信

内容简介

本书关注岸上指挥所如何与水下航行器之间建立起安全、可靠和快速的通信链路，内容涉及电磁场理论、无线电通信理论、水声通信理论、媒质中的光通信理论（包括光源技术、光传输技术和噪声处理技术等）和量子加密理论等方面的内容。可以说虽然本书篇幅有限，但涉及面很广，需要读者具有水下通信领域的相关背景知识。

目录

第1章　绪论
　1.1　安全的通信
　1.2　公开密钥分配协议
　1.3　小结
第2章　衰减媒质中的电动力学
　2.1　衰减媒质中的传播
　2.2　媒质中的麦克斯韦方程
　　2.2.1　电介质中的电磁波
　　2.2.2　导体中的电磁波
　　2.2.3　衰减与折射率
　2.3　分子吸收
　　2.3.1　谐振吸收
　　2.3.2　低频限
　　2.3.3　等离子体频率
　　2.3.4　能量耗散
　2.4　分子散射
　　2.4.1　密度和温度起伏
　　2.4.2　瑞利散射
　2.5　米氏散射
　2.6　小结
第3章　水下通信信道
　3.1　噪声信道
　　3.1.1　噪声信道编码理论
　　3.1.2　香农-哈特利定理
　3.2　光纤信道
　3.3　声信道
　3.4　无线电射频信号
　3.5　光学信道
　　3.5.1　电导率
　　3.5.2　分子吸收
　　3.5.3　分子散射
　　3.5.4　悬浮颗粒、浮游生物和黄色物质
　　3.5.5　光束扩展
　　3.5.6　多径传播
　　3.5.7　背景噪声
　3.6　小结
第4章　水下光通信：技术
　4.1　水下光通信
　4.2　前期工作
　4.3　系统设计
　4.4　接收机
　4.5　光电传感器
　　4.5.1　光电倍增管
　　4.5.2　半导体光电传感器
　　4.5.3　仿生量子光电传感器（BQP）
　4.6　发射机
　4.7　光源
　　4.7.1　氩离子激光器
　　4.7.2　二极管泵浦固态激光器
　　4.7.3　氮化铟镓激光器
　　4.7.4　可调激光器
　　4.7.5　激光调制器
　　4.7.6　LEDs
　4.8　其他技术上的考虑
　4.9　小结
第5章　水下光通信：噪声分析
　5.1　数据速率
　5.2　信噪比
　5.3　传感器响应度和过量噪声
　5.4　量子散粒噪声
　5.5　光学过量噪声
　　5.5.1　激光强度噪声
　　5.5.2　模态噪声
　　5.5.3　模式分类噪声
　5.6　光学背景噪声
　　5.6.1　背景辐射
　　5.6.2　后向散射激光辐射
　5.7　光检测器暗电流噪声
　5.8　电子噪声
　　5.8.1　热噪声
　　5.8.2　电子散粒噪声
　　5.8.3　1/f噪声
　　5.8.4　前置放大器噪声
　5.9　小结
第6章　水下光通信：系统性能
　6.1　光衰减
　6.2　噪声等效功率
　6.3　信噪比
　6.4　信道容量
　6.5　小结
第7章　水下量子通信
　7.1　量子密码
　　7.1.1　量子信息
　　7.1.2　量子密钥分配
　　7.1.3　BB84量子密钥分配协议
　7.2　量子误比特率
　7.3　量子信道的性能
　　7.3.1　清澈的海水
　　7.3.2　混合海水和混沌海水
　　7.3.3　量子效率
　　7.3.4　视场
　　7.3.5　衰减系数
　　7.3.6　经典信道的容量
　7.4　密钥生成效率
　7.5　小结
第8章　总结
　8.1　水下通信信道
　8.2　水下射频通信
　8.3　水下光通信
　8.4　待解决的问题
　8.5　概要
参考文献

摘要与插图

前言：
　　水下航行器在战术使用上越来越重要，为了实现隐蔽，水下航行器需要长时间潜伏在水下以保证不会暴露，这种限制将严重制约与水下航行器之间的通信，此外，由于海水强烈的吸收和散射效应，对于任何通信系统而言水下环境都是充满挑战性的，因而如何与水下航行器之间建立一条且安全的通信链路是世界各国海军都要面对的一大难题。
　　针对这一问题，近期的研究重点是论证在卫星与水下航行器之间建立光通信链路的可行性；此外，可以通过量子密钥分配协议确保光通信的安全性。
　　本书对水下通信系统进行了简要介绍，重点介绍了与海洋环境衰减特性，以及超低频、甚低频和光波段电磁信号传播相关的物理知识，在此需要读者熟悉经典电动力学和光学的基本理论。
　　第1章提出了安全水下通信的概念；第2章对衰减媒质中的电动力学进行了概括，相关概念在第3章中有所应用；第3章重点介绍了3种要的水下通信信道，即声信道、无线电信道和光信道；第4章和第5章重点研究了水下光通信的基本概念和噪声分析，除了传统的半导体技术之外，还探讨了使用仿生量子光电传感器的可行性与优势；第6章分析了系统的理论性能；第7章研究了使用量子密钥分配协议确保光通信安全性的可行性。
　　MarcoLanzagorta
　　2012年3月