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随着水下网络节点和水下运载器的增多，如何高效、快捷地采集水下数据成为亟待解决的问题。因此，本文提出了一种空中-水下无线光通信方案，用于低空无人机与水下平台间的数据传输。相比于传统的派遣母船到指定地点进行数据采集的方式，本文提出的方案能够极大程度地缩短陆地基站获取数据的时间，大大增加系统的效率。 首先，本文对实现高速的空中-水下无线光通信系统的可行性进行了实验研究。实验采用一个单模带尾纤的绿光激光器和32-QAM的OFDM信号，分别验证了该系统上行链路和下行链路的可行性。信道总长为26米，包括5米的空气信道和21米的水下信道。下行链路中的传输速率为5.3Gbps，通过加入功率分配(Power Loading，PL)，获得了最高5.5Gbps的传输速率，误码率分别为2.64×10-3和2.47×10-3，均低于前向纠错码(FEC)的阈值(3.8×10-3)。在上行链路中，通过使用PL，同样获得了最高5.5Gbps的传输速率，误码率为2.92×10-3。 其次，针对上述高速系统中采用的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)价格昂贵、对准度要求高等问题，本文研究了用经济、大视野的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)摄像头替换空中-水下无线光通信系统中的探测器的可行性。实验实现了基于CMOS摄像头的空中-水下无线光通信，成功进行了字符串的发送与接收解码。通过采用直方图均衡化算法，达到了2.5米的通信距离，包括水下信道2米和空气信道0.5米。 最后，为了研究实时传输系统在空-水信道中的性能，本文探究了一个实时的空中-水下无线激光视频传输系统。实验采用蓝光激光器作为发射端光源，使用10MHz的PIN探测器作为接收端，实现了14米的空中-水下无线激光视频传输，其中空气信道距离为7米，水下信道距离为7米。分析了空中-水下无线激光视频传输中，空气信道和水下信道的距离对系统传输性能的影响。并在1.5米的湖水信道中进行了初步测试，研究了光的吸收和散射对视频传输效果的影响。