本发明涉及海洋通信与传感，尤其涉及一种面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置。
背景技术：
1、在当今科技高速发展的时代，海洋领域的通信与感知技术对于人类探索海洋、开发海洋资源以及保障海洋安全等方面具有至关重要的意义。海底光缆作为国际数据通信的关键基础设施，承载着全球超过99％的国际数据传输任务，其在海缆通信领域的地位无可替代。同时，深海多元感知对于深入认识海洋生态、地质构造以及实现灾害预警等有着不可忽视的作用。海底光缆凭借其长期稳定在海底作业的特性，利用它实现深海物理量观测，具备低成本、高可靠、长时间监测等显著优势，基于此的smart cable技术应运而生。
2、现有的smart cable技术，通过在海缆中继器内部集成多种传感器，如加速度传感器、温度传感器和应变传感器等，如图1所示，能够获取深海中的多元物理量数据，并借助海底光缆将这些感知信号传输至岸边，以便进行数据的接收与分析。然而，这种技术存在明显的缺陷。在信号传输过程中，传感信号需要占用原本用于通信的物理光纤信道，每增加一个物理量的感知，就需要额外占用相应的信道资源。以常见的32对光纤的海底光缆为例，当传输温度、应变、加速度等多种物理量的感知信号时，通信信道被大量占用，导致通信容量大幅下降，严重影响了海缆通信的效率和质量。
3、另一项相关技术，中国专利cn119011022a公开了一种用于深海通感融合的光中继器结构、深海海缆系统，采用波分复用技术实现感知信号与通信信号的融合。该技术通过fanout和fanin耦合器连接单模光纤与多芯光纤，利用wdm耦合器融合通信与传感信号，如图2所示。其中，传感器模块将感知物理量转化为电信号，再由相干光调制模块转化为光信号。但此技术的传感器模块单一且数量无法拓展，仅能实现单一物理量(如温度)的感知，远远不能满足对深海环境中多元物理量同时监测的需求。
4、综上所述，现有的通感融合海底光缆技术，在实现多元物理量传感的过程中，普遍存在因传感信号传输占用通信信道，导致通信容量降低的问题，并且多数技术难以实现多个物理量的同时感知。
技术实现思路
1、为此，本发明实施例提供了一种面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，用于解决现有技术中传感信号传输占用通信信道导致通信容量下降、难以实现多元物理量同时感知的问题。
2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，该装置包括：
3、通信信号输入模块，用于接收海底光缆的通信信号；
4、多元传感模块，包括温度传感器、速度传感器和加速度传感器，用于采集海底环境的传感信号，所述传感信号包括温度数据、速度数据和加速度数据；
5、多维信号调制模块，由相位调制器、幅度调制器和频率调制器组成，用于接收并调制所述传感信号，其中：
6、所述相位调制器将温度传感器采集的温度数据调制至光相位信息上；
7、所述幅度调制器将速度传感器采集的速度数据调制至光幅度信息上；
8、所述频率调制器将加速度传感器采集的加速度数据调制至光频率信息上；
9、光纤耦合器，用于将所述通信信号与多维调制的传感信号进行频分复用耦合，其中通信信号载波频率根据公式fc＝ba±b设置，以避免与传感信号载波频率干扰，其中fc表示通信信号载波频率，b表示线性系数，a表示加速度传感值，b表示通信信号带宽；
10、光放大器，用于对耦合后的融合信号进行功率放大。
11、优选地，所述多维信号调制模块通过单一激光源生成光载波，并采用串口通信方式汇总各传感器的数据。
12、优选地，所述相位调制器、幅度调制器和频率调制器的调制关系分别为：
13、光场强度与温度传感值t成线性关系，线性系数为a；
14、光场相位与速度传感值v成线性关系，线性系数为c；
15、光场频率与加速度传感值a成线性关系，线性系数为b；
16、融合后的光场表达式为：
17、i(t,v,a)＝at*sin(bat+cv)；
18、其中，i表示经过多维调制后的复合光场信号，t为时间变量。
19、优选地，所述光纤耦合器的频率差设置满足最小值为通信信号带宽b，以确保通信信号与传感信号的频谱隔离。
20、优选地，所述光放大器的放大系数为g，输出功率表达式为：
21、p＝g*[at*sin(bat+cv)+sin((ba±b)t)]；
22、其中p表示输出功率，a、b、c均表示线性系数，t表示温度传感值，v表示速度传感值，a表示加速度传感值，b表示通信信号带宽，t为时间变量。
23、优选地，所述多维信号调制模块支持温度、速度和加速度三个物理量的同步调制，且各调制维度独立可扩展。
24、优选地，所述通信信号输入模块与所述光纤耦合器之间采用多芯光纤连接，通过密集频分复用技术降低芯间串扰。
25、优选地，所述光纤耦合器为波分复用耦合器。
26、优选地，所述装置集成于海底光缆的中继器内部，支持海底作业环境下的通感融合应用。
27、本发明实施例还提供了一种通感融合海底光缆系统，其特征在于，所述系统包括上述任一项所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置。
28、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下有益效果：
29、本发明提供了一种面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，本发明通过设计多元感知信号的多维度调制，并结合密集频分复用技术，实现了传感信号的高密度融合。一方面，该发明可同时监测温度、速度、加速度三个物理量，突破了现有技术在多元物理量感知方面的局限，多维信号调制模块能将不同传感器采集的数据精准调制到光的不同维度信息上，且各调制维度独立可扩展，为后续增加监测物理量提供便利；另一方面，通过合理设置通信信号载波频率(fc＝ba±b)，并确保光纤耦合器频率差最小值为通信信号带宽b，有效避免了通信信号与传感信号的载波频率干扰，最大程度减少了传感信号传输对通信信道的占用，缓解了通信容量下降的问题，有力推动了通感融合海底光缆技术的发展。
1.一种面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述多维信号调制模块通过单一激光源生成光载波，并采用串口通信方式汇总各传感器的数据。
3.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述相位调制器、幅度调制器和频率调制器的调制关系分别为：
4.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述光纤耦合器的频率差设置满足最小值为通信信号带宽b，以确保通信信号与传感信号的频谱隔离。
5.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述光放大器的放大系数为g，输出功率表达式为：
6.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述多维信号调制模块支持温度、速度和加速度三个物理量的同步调制，且各调制维度独立可扩展。
7.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述通信信号输入模块与所述光纤耦合器之间采用多芯光纤连接，通过密集频分复用技术降低芯间串扰。
8.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述光纤耦合器为波分复用耦合器。
9.根据权利要求1所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置，其特征在于，所述装置集成于海底光缆的中继器内部，支持海底作业环境下的通感融合应用。
10.一种通感融合海底光缆系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1至9任一项所述的面向通感融合海底光缆的多元物理量传感节点装置。