浅海水声数据传输技术研究

【摘要】： 浅海域无论是在军事上还是在民用上都是一个十分重要的战略区域。从海 洋调查和勘探、海洋环境监测、海洋石油开采、海洋空间利用以及海上战争等诸 方面来看，浅海域水声数据传输都有着特别重要的意义。水声数据传输技术是近 年来发展迅速、研究相当活跃的科学技术领域之一，它的研究为解决水下信息的 可靠传输提供了重要的技术保障。 本论文在全面分析了浅海域水声信道的特点和实现水声通信技术的重点与 难点的基础上，对浅海声信道进行了建模与通信仿真；结合海上声传输的实验研 究结果，提出并实现了一种采用跳频通信的水声数据传输技术方案。 论文主要进行了以下几个方面的研究工作： 1． 分析了浅海声传输特点和对水声数据传输的不利影响，并较客观和全面地 综述了浅海域水声通信技术的研究概况； 2． 从通信技术角度对水声信道进行了仿真研究。在以射线声学为基础的仿真 研究中，强调了浅海域中海底、海面的反射以及海水的声吸收对水声传输 的影响；建立了浅海多途信道的模型；给出了多途信道中的脉冲响应函数， 并在接收端采用检测窗的方法，弓I入自多途和互多途的概念来描述多途对 水声通信的影响； 3． 对厦门港浅海域声传输进行了统计特性的实验研究。 在不同传输距离上 对直达信号和多途信号的幅度概率密度函数和时间相关曲线进行统计特 性研究，并测量分析了厦门港浅海域噪声的频谱分布特性，为设计水声抗 干扰通信系统相关参数的选择提供了实验依据； 4． 讨论了采用分集技术与跳频技术来解决水声通信中接收信号的幅度衰落 和码间干扰。分析了采用跳频通信技术实现水声数据传输的抗多途干扰原 理，并提出了一种水声跳频通信系统的设计方案； 5． 针对跳频通信中最为关键的同步问题，提出了一种基于匹配滤波器的位移 等待式自同步方法实现跳频同步的捕获，从理论上推导了该方法能缩短同 步的捕获时间。论文还设计并实现了一种采用相关检测方法的同步头方案 实现水声跳频通信中的同步捕获； 6． 论文在上述理论及实验研究的基础上，最后设计并实现了一套能适用于浅 海域的水声数据传输系统。该系统经过了实验室水池以及厦门港海上的现 场实验。实验结果表明：在水平传输距离为6000米，数据传输速率为 600bits／s时，系统的误码率约为104左右，证明了该系统具有较强的抗多 途干扰能力。 本文的创新之处在于： 1． 对浅海水声通信信道进行了理论上的建模仿真和海上声传输统计分析的 实验研究； 2． 提出了一种基于匹配滤波器的位移等待式自同步方法的水声跳频通信同 步技术方案； 3． 论文完整地设计并实现了一套能适用于浅海的抗多途水声跳频数据传输 系统，并经过了水池和厦门港的海上现场实验验证。