本发明属于水下无线通信，具体涉及一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置及方法。
背景技术：
1、随着海洋探测和传感技术的快速发展，水下形成的数据容量急剧增多，这对通信系统提出了更高的要求。目前水下常用的通信方式主要有光缆通信和水声通信两种。其中，海下光缆通信利用光纤传输光信号，使用时需要提前布放缆线，极大地限制了通信的机动性。水声通信利用声波在海水中传输实现信息的传递，通信距离可达公里量级，但是受声波频率的限制，通信速率较低，仅为kbps量级，在大容量数据传输方面存在局限性。因此，探寻新的水下通信技术成为海洋领域亟待解决的核心难题。近年来，以蓝绿波段的光波作为信息载体的无线光通信技术，由于具有传输速率高的突出优势，成为了海洋信息领域的热点。
2、水下无线光通信技术在使用当中，通信距离的变化、海水光学性质的波动，都会造成到达接收机的光信号能量发生变化，这就要求通信接收机具有较大的动态接收范围，能够适应这种光功率变化。当光信号功率较低时，需要接收机具有较高的灵敏度；当信号功率较高时，需要接收机具有较低的灵敏度。
3、为了实现这种效果，最直接的做法是在接收机中的光电探测器前方放置一个可变衰减器，并根据入射光强度调节衰减器的透过率。相关技术中，常用的方法是在接收机的光电探测器前面增加机械型的可变衰减器来改变通信光信号的透过率，以此来提高接收机的接收动态范围，然而，机械型的可变衰减器的机械转动频率低，使得接收机对通信光信号的响应速度较慢，不够灵活，并且频繁的机械转动会造成设备磨损，减少接收机使用寿命。另一种方法是在探测器前端增加液晶可调衰减器，这种器件是基于偏光干涉原理制作的，因此使用效果和入射光的偏振特性有关，并且实际应用中的插入损耗较大，也会降低接收机的整体接收视场。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本发明提供了一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，包括液晶玻璃、光电探测器、电压采集模块、信号幅值分析模块和可调电压模块，其中，
3、所述液晶玻璃的透光面垂直于所述光电探测器的光轴，所述光电探测器用于探测穿过所述液晶玻璃的水下无线光信号，并将所述水下无线光信号转换为电压信号；
4、所述电压采集模块连接所述光电探测器，用于以预设的时间周期采集所述光电探测器输出的电压信号，并计算每个时间周期内电压信号的幅值；
5、所述信号幅值分析模块连接所述电压采集模块，用于根据每个时间周期内电压信号的幅值调节所述可调电压模块的输出电压；
6、所述可调电压模块用于根据所述输出电压调节所述液晶玻璃的透光率，进而调节到达所述光电探测器的水下无线光信号的大小。
7、在本发明的一个实施例中，所述液晶玻璃是基于聚合物分散液晶制作的可调衰减玻璃，能够通过改变所述液晶玻璃两端加载的电压改变所述液晶玻璃的透过率。
8、在本发明的一个实施例中，所述液晶玻璃与所述光电探测器之间的距离为3～10cm。
9、在本发明的一个实施例中，所述光电探测器所转换的电压信号为单极性正电压。
10、在本发明的一个实施例中，所述电压采集模块具体包括第一参数设置单元、电压采集单元和数据处理单元，其中，
11、所述第一参数设置单元用于设定采集所述水下无线光信号的采样率和时间周期；
12、所述电压采集单元用于根据所述采样率和所述时间周期采集所述光电探测器输出的电压信号，得到电压信号序列；
13、所述数据处理单元用于将每个时间周期内的电压信号序列中的每个电压数值与预设的电压阈值进行比较，若当前电压数值小于所述电压阈值，剔除当前电压数值，若当前电压数值大于或等于所述电压阈值，保留当前电压数值，并在每个时间周期内选取保留的电压数值中的最大值作为当前时间周期内电压信号的幅值。
14、在本发明的一个实施例中，所述信号幅值分析模块包括第二参数设置单元和幅值分析单元，其中，
15、所述第二参数设置单元用于设置所述光电探测器能够使得水下无线光信号正常工作的最小电压、最大电压和最佳电压；
16、所述幅值分析单元用于判断所述电压采集模块获得的每个时间周期的电压信号的幅值与所述最大电压和最小电压的相对关系，若所述电压信号的幅值在所述最小电压与所述最大电压之间，控制所述可调电压模块的现有输出电压uout保持不变；否则将所述可调电压模块的输出电压变为：
17、u'out＝uout+(v最佳-v)/k
18、其中，uout表示所述可调电压模块的现有输出电压，v最佳表示设定的最佳电压，v表示当前时间周期的电压信号的幅值，k为预设的比例系数，u'out表示所述可调电压模块调整后的输出电压。
19、在本发明的一个实施例中，所述信号幅值分析模块为单片机，所述可调电压模块为数控电源。
20、本发明的另一方面提供了一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收方法，包括：
21、s1：在光电探测器前端设置液晶玻璃，所述液晶玻璃的透光面垂直于所述光电探测器的光轴；
22、s2：利用所述光电探测器探测穿过所述液晶玻璃的水下无线光信号，并将所述水下无线光信号转换为电压信号；
23、s3：以预设的时间周期采集所述光电探测器输出的电压信号，并计算每个时间周期内电压信号的幅值；
24、s4：根据每个时间周期内电压信号的幅值调节施加在所述液晶玻璃上的输出电压。
25、在本发明的一个实施例中，所述s3包括：
26、设定采集水下无线光信号的采样率和时间周期；
27、根据所述采样率和所述时间周期采集所述光电探测器输出的电压信号，得到电压信号序列；
28、将每个时间周期内的电压信号序列中的每个电压数值与预设的电压阈值进行比较，若当前电压数值小于所述电压阈值，剔除当前电压数值，若当前电压数值大于或等于所述电压阈值，保留当前电压数值，并在每个时间周期内选取保留的电压数值中的最大值作为当前时间周期内电压信号的幅值。
29、在本发明的一个实施例中，所述s4包括：
30、设置所述光电探测器能够使得水下无线光信号正常工作的最小电压、最大电压和最佳电压；
31、判断所述电压采集模块获得的每个时间周期的电压信号的幅值与所述最大电压和最小电压的相对关系，若所述电压信号的幅值在所述最小电压与所述最大电压之间，控制所述可调电压模块的现有输出电压uout保持不变；否则将所述可调电压模块的输出电压变为：
32、u'out＝uout+(v最佳-v)/k
33、其中，uout表示所述可调电压模块的现有输出电压，v最佳表示设定的最佳电压，v表示当前时间周期的电压信号的幅值，k为预设的比例系数，u'out表示所述可调电压模块调整后的输出电压；
34、所述可调电压模块根据所述输出电压调节所述液晶玻璃的透光率，进而调节到达所述光电探测器的水下无线光信号的大小。
35、与现有技术相比，本发明的有益效果有：
36、1、本发明提供了一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收方法与装置，在光电探测器前端加入液晶玻璃，通过电压控制液晶玻璃的透过率，实现对不同光功率信号的自适应接收。由于液晶玻璃对于入射光角度和偏振特性没有特殊要求，因此这种接收方式能够实现各种偏振信号的大视场接收。由于是通过电压控制液晶玻璃的透过率的，因此调节速度快，调节过程中无机械转动，能够避免传统机械调节速度慢、磨损多的局限性。
37、2、本发明通过差值恒比例反馈算法生成液晶玻璃的控制电压，算法简单，对于硬件要求低，便于推广应用。本发明可以通过简单的单片机模块和可编程电源实现控制功能，价格便宜、成本低。
38、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
1.一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，包括液晶玻璃(1)、光电探测器(2)、电压采集模块(3)、信号幅值分析模块(4)和可调电压模块(5)，其中，
2.根据权利要求1所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述液晶玻璃(1)是基于聚合物分散液晶制作的可调衰减玻璃，能够通过改变所述液晶玻璃(1)两端加载的电压改变所述液晶玻璃(1)的透过率。
3.根据权利要求1所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述液晶玻璃(1)与所述光电探测器(2)之间的距离为3～10cm。
4.根据权利要求1所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述光电探测器(2)所转换的电压信号为单极性正电压。
5.根据权利要求1所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述电压采集模块(3)具体包括第一参数设置单元、电压采集单元和数据处理单元，其中，
6.根据权利要求5所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述信号幅值分析模块(4)包括第二参数设置单元和幅值分析单元，其中，
7.根据权利要求1所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收装置，其特征在于，所述信号幅值分析模块(4)为单片机，所述可调电压模块(5)为数控电源。
8.一种基于液晶玻璃的光信号自适应接收方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收方法，其特征在于，所述s3包括：
10.根据权利要求8所述的基于液晶玻璃的光信号自适应接收方法，其特征在于，所述s4包括：
