基于喷泉码的水下可见光图像/视频传输开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

近年来，水下无线传感器网络被广泛应用于水下环境监测、水下探测等领域，作为一种新兴的技术，它为获取连续、系统、全面、高清晰度的海洋等水下环境要素监测资料提供全新的技术手段。水下传感器网络是由多个低成本、低功耗、高集成的单传感器节点组成，具有数据采集、数据传输、数据处理的能力，将多个传感器节点布置在特定的领域内，进行采集、感知和监测环境内的各种水下要素，利用无线通信技术进行数据的传输，这些数据，可以为海洋资源利用开发、环境保护等提供科学的数据支撑。因此，为实现对感兴趣海域多点化、实时化、网络化的监测管理，水下无线传感器网络进行无线通信成为了一项关键的技术。

水声通信技术是目前发展最为成熟的一种水下无线通信技术，可做到通信距离远、通信可靠性高。但由于受到水下多径传播效应的影响，水声通信技术在长距离传输过程中存在高传输延迟、低传输速率的问题。电磁波在海水中衰减非常快（如蓝牙技术和无线局域网技术都工作在大约2.4ghz 的频率附近，而 2.4ghz 的信号在海水中的衰减大约为1695db/m，而在纯净淡水中的衰减仅为 189db/m），因此无线电通信技术在水下也难以实现。鉴于水下声学和传统无线通信技术的局限，水下无线可见光通信已经成为一种变革性的解决方案。水下可见光通信技术相较于上述两种水下无线通信方式，能做到较高的传输速率和带宽，而且系统的体积和能耗小，通信保密性好，更适合用于水下无线传感器网络的数据传输。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要研究了基于喷泉码的水下可见光图像视频传输系统的设计于与实现。在水下可见光通信部分的设计中，主要分为水下航行器、水下节点和岸上主机。水下航行器功能包括：与水下节点进行可靠光通信，水下多自由度运动、水下监测功能、自动建立可靠可见光通信链路(航行器与水下节点的光路对准)；水下节点功能包括：与航行器进行可靠光通信，可加入传感器进行水下数据采集;岸上主机起到控制节点和航行器的作用。

岸上主机通过电力载波模块和双绞线与水下航行器的 miniPC 进行连接，水下航行器的 miniPC 接有摄像头、Arduino 单片机、光通信发射机和接收机。Arduino 单片机上接有电压检测器、电机、压力传感器以及九轴加速度传感器。控制部分，岸上主机通过Teamviewer 控制水下 miniPC，控制 miniPC 通过串口发送电机指令给 Arduino 单片机进而控制电机的转动。通信部分，miniPC 连接的摄像头为水下探测摄像头，作为图像/视频采集终端，将采集到的图像/视频数据发送至miniPC，miniPC首先将数据进行压缩处理，接下来将压缩后的数据送入喷泉码编码器进行喷泉码编码，编码采用更接近于理想数字喷泉码的编译码性能的Raptor码，然后由miniPC 通过串口发送数据到光通信发射机发送数据；岸上另一台主机通过USB转RS-422模块和双绞线与水下节点的发送机和接收机相连接，实现数据的发送和接收，主机将接收到的数据送入喷泉码的译码模块，一旦接收到的编码符号数量大于设定的解码数量则开始进行解码，最后将解码后的数据恢复后送入图像/视频播放器进行查看。

3. 研究计划与安排

（1）第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习毕业设计研究内容所需理论的基础。确定毕业设计方案，完成开题报告。

（2）第4－5周：熟悉掌握基本理论，完成英文资料的阅读、翻译，熟悉开发环境。

（3）第6－9周：实现可见光通信系统传输方案。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 夏庆生. 水下可见光通信技术发展与应用[j]. 水雷战与舰船防护, 2016,24(02): 37-42.

[2] 何昫, 张德, 张峰, 等. 水下通信技术现状及趋势[j]. 中国新通信, 2018,20(08): 26.

[3] 魏巍, 陈楠楠, 张晓晖, 等. 用于水下传感器网络的无线光通信研究概况[j]. 传感器世界, 2011,17(03): 6-12.