专题报告水声通信

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1、专题报告一水声通信当今世界已进入了飞速发展的信息时代,通信是这一进程中发展最为迅速、进步最快的行业.陆地和空中通信领域包括•的两个授积极、最活跃和发展最快的分支Internet网和移动通信网H臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角.有缆方式的信息传输市于目标活动范闌受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如止常航运）可能存在彩响等缺点，极人地限制了它在海洋环境中的应川.另外由于在浑浊、含盐的海水中，光波、电磁波的传播衰减都非常大,即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km,因而它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的

2、需要.在非常低的频率（200Hz以下），声波在海洋中却能传播儿百公里，即使20kHz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km,因此水下通信一般都使用声波來进行通信.而在这个频率范用内，声波在水中（包括海水）的衰减与频率的平方成止比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的•采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的啡一手段水声通信。最初是主要应用于军事领域，最近十年，随看人类对海洋资源的不断开发和利用，如近年来环境系统的污染监测、海上石油工业的遥控以及不冋收仪器设备而直接获取海底工作站记录的科学数据等等，使得水下信息通信技术的商用前景

3、越来越广阔，相应地，也促进了水下通信技术的发展.早在第二次世界大战之后，水声通信就已出现.现在水声通信己广泛应用于潜艇Z间的通信、水而舰艇与潜艇的通信、海上遥控和遥测、遥感、水下测量设备记录数据冋送、水下图像传输、语音传输和水声局域互联网（ALAN）等多个方面.其具体的设备包括舰艇川水声通信机、水下通信浮标、水下应急通信设备、潜水员水声电话、水下机器人用的图像芦纳和通信声纳等许多种。海洋水卞信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，这是至今还存在的难度最大的无线通信信道•研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和

4、信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点Z—•另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。水声通信特点和性能评价：水声通信是利用声波在海水里传播实现的.水声通信系统的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号•声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，解码器将数字信息破译后，电接收机才将信息变成声音、文字及图片•声音是由于震动而产牛的

5、.在海里面,我们要把我们讲话的信息传到远处也一样，仅仅是把空气换成是海水，这一传输就要另外一个嘴巴和耳朵，即水声换能器，通过它,声能和电能相互转换，在空气小、水中、固体中任意发射和接收不同频率、不同强度的声信号。水声信道是一个典型的吋变多途衰落信道，由该信道传输后的接收信号，可视为经由不同路径到达的、具有不同时延和幅度的多个分量的叠加在浅海肖道上声传播模型中Tt为发射换能器,Re为接收换能器。Tt和ReZ间的声传播主要rfl界血反射和直达路径组成.，到达接收端换能器的各条路径的信号有着不同的路径长度，因而到达接收机的时间各不相同，同时各条路径的信号幅度也

6、是随机变化的.所以信号在时域上被展宽，幅度呈频率选择性衰落，这称为多途干扰.多途干扰是山于声波在水声信道传播过程屮遇到各种非期與反射体，如上、下表面、水屮物体、非均匀水团等，引起反射和散射，这些反射或折射信号同直达信号在接收端相互干涉造成干扰，形成多途.水声信道中，在收、发两端始终存在着一条以上的传播路径，因此多途在任何吋候都可发生，在长距离通信中,多途更是一个常见现彖•更由于水芦场的时间■空间■频率变化特性，使得多途现彖尤为突出.因此如何克服多途干扰、时域和多普勒扩展、时变衰落，是水声通信中需要重点解决的问题.水声通信的质量,通常用误码率和数据率这两个

7、指标來衡量.无论是海上作业或作战,都要求通信最好是实时的，而图像传输的数据量乂很大,所以要求通信必须采用高数据率;另外，图像通信吋，误码率若超过1%,画而就会出现明显的“疵点”，而指令通信对误码率的要求则更高，在现如今高科技的快速作战中，一个误码很可能导致一个指令的接收错误,从而贻误整个战机.要求高数据率和低误码率,这木身就是一对矛盾，我们通常所说的保证水声通信的质量，就是在保持高数据率的前提下，尽量降低传输的误码率.水下通信系统通常是在满足误码率耍求条件下，用作用距离与通信速率的乘积来衡量该系统的性能,就是说，一般情况下，这个乘积值越人，说明系统的通信

8、性能越强•水声通信的国内外学者的研究口的就是使水声通信系统误码率更低，使这个乘积