水声通信技术的发展及其应用

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1、水声通信技术的发展及其应用姓名：付卓林班级：机电1015学号：10223060摘要：目前水下通信最主要最有效的手段一一水声通信技术一直是国内外研究的热点技术， 也是一门极具挑战性的课题。本文主要叙述水声通信技术的发展历程以及其在民生、 军事等方面的应用，讨论了其发展前景。关键词：水声通信，声纳，调制解调AbstractAcoustic communication,the most commonly used and most effective method applied in submarine communication,has long been a hot spot for rese

2、archers,and is also a challenging subject.This text focuses mainly on the development of acoustic communication and its applications,andtakes a brief look into its prospects.1引言水声通信是一项在水下收发信息的技术，和光波、电磁波 相比，声波在水下衰减 较慢，因此可用于水下长距离信号传输。水下通信有多种方法，但是最常用的是使用 水声换能器。水下通信非常困难，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽 窄、信号衰减严重，特

3、别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来 说速率非常低， 因为水下通信 采用的是声波而非无线电波。常见的水声通信方法是采 用扩频通信技术， 如CDMA等。2水声通信技术的发展历程水声通信技术 起源于1914年，这一年水生电报系统研制成 功。1945年，美国海军水 声实验室研制成功了第一个有实际意义的水下 电话采用单边调制技术，载波 频率8.3 3KHz，用于潜艇的通信。早期的水声通信多使用模拟频率调制技术。如在50年代 末研制的调频水声通信系统，使用20kHz的载波和500Hz的带宽，实现了水底到水 面船只的通信。模拟调制系统不能减轻由于水声信道的衰落所引起的畸变，限制了系 统性能的提高。7

4、0年代以来随着电子技术和信息科学突飞猛进的发展，水声通信技 术也因此得到了迅速的发展，新一代的水声通信系统也开始采用数字调制 技术。采用 数字技术的重要性在于，首先，它可以利用纠错编码技术来提高数据传输的可靠性； 其次，它能够对在时域(多途)和频域(多普勒扩展)上的信道畸变进行各种补偿。随着 处理器技术的提高，各种采用快速解调的算法也随之发展起来。数字调制技术的主流 为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控调制(PSK)。随着用于空间无线电衰落 信道技术的发展，水声通信的下一代系统对数字编码的数据采用了频移键控(FSK)调 制方式。作为一种能量检测（非相干）而不是相位检测（相干）算法

5、，FSK系统被认为对 于信道的时间和频率扩展具有固有的稳健特性。采用数字技术有两个方面的好处：首 先，它允许采用纠错编码技术来提高传输的可靠性；第二，它允许对信道混响做一定 的补偿，包括时间和频 率上的补偿。在这之后的一段时间里，这些系 统得到了很好的 改善。随着处理器技术的提高，各种FSK算法被开发出来以提高调制速率。但是， 这些非相干的FSK调制解调器与那些早期的系统没有根本的此外，现在水声通信技术已发展到网络化的阶 段，将无线电中的网络技术（Ad Hoc）应用到水声通信网络 中，可以在海洋里实现全 方位、立体化通信（可以与AUV、 UUV等无人设备结合使用），但目前只有少数国家试 验成功

6、。3水声通信技术的主要应用3.1声纳探测声呐是英文缩写“SONAR”的音译，其中文全称为：声音导航与测距，是一种利用 声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子 设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是 利用水中声波对 水下目标进行 探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应 用最广泛、最重要的一种 装置。声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和 通信的电子设备，是水声 学中应用最广泛、最重要的一种装 置。声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术， 用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反 潜飞机和反潜直

7、升机的战术机动和水中武器的 使用。此外，声呐技术 还广泛用于鱼雷 制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和 海底地质地貌的勘测等。3.2水声成像技术水下较远距离的成像均采用水声成像技术.水下地形地貌和水中物体观测的需求促进了 水声成像技术的发展.在民用方面，海底矿物资源开发需要进行工程勘测和水下监视;在海洋 权益划界谈判中，需要海底地形地貌资料的支持;航道疏浚工程也需要地形地貌测量和工程 量评估;重要水上活动区域、基地、水下设施和船只等需要防范小型潜器（如微型潜艇）和蛙人 的恐怖袭击;水声成像技术还可用于船舶避碰、水下工程（护岸工程、水下管线等）探查、沉物 打

8、捞、水下作业监视、水下考古等。4前景水声通信与水声网络技术必将在人类探索海洋、认识海洋和开发海洋中发挥越来越重要 的作用。未来的水声通信网既町以获取大范围的海洋信息，也可以快速、便捷地传递、控制 和管理各种信息。建它一个庞大的全球海洋温度、海流、潮汐数据和资源监测网络，并能实 现数据的可靠实时传输，将对人类认识海洋、预警灾害性气候、环境保护等方面发挥非常重 要的作用，无论在军事或是民用上都具有重要的应用前景。主要的应用领域：(1) 水声反潜网络；(2) 水下潜器的命令和数据传送；(3) 水声网络的协作传输与探测技术；(4) 网络化海洋环境监测和灾害预警。参考文献1 戴荣涛，王青春.现代水声通信技术的发展及应用.2 郑君杰，阮鲲，李延宾，林璐.水声通信网络问题研究.3 姜国兴，余锡荣.水声通信技术在航海中的应用.世界海运，第3O卷第3期 2007年6月.