与水下无线电通信和水声通信技术相比,水下无线光通信具有大容量和低延时的优势。从目前的研究成果来看,水下无线光通信技术在通信容量方面得到了迅猛的发展,其传输速率可以达到吉比特每秒。相比之下,水下无线光通信技术在通信距离方面的进展则较为缓慢。而随着人类在海洋活动范围日益宽广,水下无线光通信系统的传输距离也逐渐成为了这一技术领域亟待解决的问题。围绕水下无线光通信长距离传输的问题,本文展开了对海洋光学信道、光信号发射、光信号接收、调制解调等关键技术的分析。在对水下无线光通信系统进行功能划分的基础上,搭建了模块化水下无线光通信系统仿真平台。通过系统仿真平台,以提高系统通信距离为目标,对水下无线光通信系统技术参数进行分析和优化。提出在发射端采用平顶光束和在接收端采用最大比合并技术的方式,以实现水下长距离无线光通信系统。针对水下长距离无线光通信中潜在的弱安全问题,对采用水下量子密钥分配系统的技术可行性分析。本文研究工作可以分为以下四个部分:1.在前人相关研究的基础上,对海水各种物质的衰减模型进行了总结分析。为了对系统工作波长进行选择,根据海水的单次散射反照率对不同类型的海水进行了进一步细分。然后,对常见的海水光学信道模型进行分析、对比与选择。最终,采用蒙特卡洛法光学信道模型进行建模。2.对水下无线光通信的系统框架进行较为全面的分析。然后,根据系统功能划分,完成了各个功能模块的建模和整个水下无线光通信系统仿真平台的搭建。接着,采用商用系统数据手册中的技术指标,利用上述水下无线光通信系统仿真平台进行仿真分析,其结果验证了系统仿真平台的可用性。最后,为了提高系统通信距离,利用水下无线光通信系统仿真平台对常用的水下无线光通信系统技术参数进行分析和优化。结果表明:在清澈海水和混合海水中,当误码率为10^-4时,优化后的水下无线光通信系统通信距离上限分别为16个衰减长度和25个衰减长度。3.为了进一步提高水下无线光通信系统的通信距离,在系统设计上在发射端采用平顶光束和在接收端采用最大比合并接收技术。仿真分析结果表明:在相同的海水中,当误码率为10^-4时,采用平顶光最大比合并技术的水下无线光通信系统比传统的水下无线光通信系统通信距离提高了约25%。4.为了解决水下长距离无线光通信系统中潜在的信息泄露的问题,结合水下量子密钥分配系统的保密通信技术方案。首先,结合水下长距离无线光通信系统,对水下量子密钥分配系统进行应用场景分析。然后,在水下无线光通信系统仿真平台的基础上,采用基于矢量蒙特卡洛法搭建了水下量子传输信道模型。其中,根据Muller矩阵的海水实测数据,对Muller矩阵的理论模型进行修正。最后,对水下量子密钥分配系统性能进行分析,包括传输距离、量子保真度、量子误码率和成码率进行分析。结果表明,当量子误码率为25%时,量子密钥分配系统的成码率约为17kbps,通信距离约为89m。在实际应用过程中,结合水下量子密钥分配系统的保密通信技术方案需要引入中继或者以多节点组网的方式,以实现较大范围的水下保密无线光通信网络。