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资讯:什么是水声通信

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  什么是水声通信?

收发信息的技术。它的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息经过编码、调制处理后,由功率放大器推动声学换能器将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质,将信息传递到远方的接收换能器,这时声信号又转换为电信号,经过放大、滤波和数字化后,数字信号处理器对信号进行自适应均衡、纠错等处理,还原成声音、文字及图片。

 

特点

声波通信是水下远程无线信息传输的唯一有效和成熟的手段。声波是水中信息的主要载体,广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。声波属于机械波(纵波),在水下传输的信号衰减小(其衰减率为电磁波的千分之一),传输距离远,使用范围可从几百米延伸至几十公里,适用于温度稳定的深水通信。

 

水介质与空气介质的特性不同,水声信道与空气中的无线电信道具有许多明显的差异。水下声信道是时间散布快速衰落信道,具有多普勒不稳定性。水声通信的衰耗因素较多,特别是在海水中传播,声传播损失不仅与频率有关,而且还受海水的盐度、温度、密度、深度以及传播距离等因素的影响,造成中远程水声信道带宽极其 有限。水中的声速计算公式可见下式:

c=1449.2+4.6T-0.055T2+(1.34-0.010T)(S-35)+0.016D

其中:r是海水温度,s是盐度,D是深度。海水中不均匀分布的声速剖面造成声线的弯曲,而 声波的界面反射和随机散射又引起声波接收信号的多途 效应。在实现高速通信时,有限的信道带宽和信号的多 途传输会引起严重的码间干扰,造成接收数据的严重误码。同一声源发出的声波,在不同的海区或不同的季节,传播情况可能都不同。从信道中的各种限制因素到时变、空变性,水声信道都远比无线电信道复杂。

 

举例

(一)我国厦门大学以许克平教授为首的这个课题组出色地完成了国家交给他们的863项目,已经成功解决了在10公里之内水下信号相互清晰的传递,他们这个系统已达到实用要求。他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法,最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信,它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。

如果电磁波的跳频技术用在海中,频率资源充足的情况下传输一组信号,频率相差大时,电路内部做处理的时候,就用两个不同频率表示1和0,相当于颜色相差大,如:赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫这一组信号代表一个文字,碰到干扰后虽然到达的时间不一致,但由于颜色区别大也就是频率相差大接收方就容易辨认了,这样就解决了信号干扰问题。经过攻关他们研制出一个全新的跳频技术,终于成功解决了多途径干扰问题。因为语音传输是水声通信最难攻克的瓶颈问题,要求精确度极高,难度也最大,语音传输成功的实现,使这个项目完全成功了,他们做到了。

 

(二)水声通信是当前海洋军事中最重要和关键的技术,该研究方向发挥厦门大学电子与海洋等相关学科专业的优势和特色,课题组完成了“水下图像水声传输实用样机研制”、“视频图像水下传输试验研究”等国家“863”相关课题项目, “水下图像传输系统”项目通过国家“863”专家组验收。该系统能在浅海域实现全方向无缆图象信息传输,每8秒传送一(160*100象素,十六级灰度),距离10公里。99中国国际高新技术成果交易会参展项目。“300米深饱和潜水钟水声通讯机”项目达到国际同类产品的先进水平,所接收的语音清晰可辨,该通讯机已安装在300米深饱和潜水钟内,在南海试验成功。本课题组在该方向上的研究成果接近或达到国际先进水平。所研制的语音水声通讯机、图像传输样机和水声数据遥测设备,可望组成水下多媒体信息传输系统,不久的将来,可望形成水下、陆地和空间的三维信息网。

 

(三)2012年624日,清晨,北纬1059分,东经14159分的太平洋,中国首台载人深潜器“蛟龙”号正在母船“向阳红09”上 “热身”,准备执行我国载人深潜7000米海试第4次下潜。 

 “蛟龙”号潜至7020米,试航员用通信机的水声电话功能向指挥部报告深潜突破7000米。由中科院声学所研制的这套高速数字水声通信系统,经过深海大风大浪的洗礼,成为了“蛟龙”号深海载人潜水器上的通信利器。与国外的载人潜水器声学通信系统相比,其功能和性能都首屈一指。 

依靠水声通信技术,可以实现对水下机器人的远程控制,还可在载人潜水器和母船之间实现无缆语音通话和数据传输。除此之外,在海洋环境监测和资源开发方面,水声通信技术发挥着不可替代的作用。“高速数字水声通信技术”。这项技术在语音通信的基础上,还可以在大洋深处实现对数据、文字、图像的高速即时传输。这是当今一项代表大深度水声通信的前沿技术,目前世界上只有美国、日本等国开始这方面的研究。 

高速数字水声通信系统是我国完全自主研制、具有软件硬件完全自主知识产权的通信设备,相关技术获得了多项国家和美国发明专利

 

功能

(一)对海上军事装备影响 

就海上军事装备而言,海洋跃层对潜艇活动有重大影响;磁场变化影响舰艇的磁目标特性;舰船装备必须适应海洋环境条件的制约;星载、机载和舰载的探测、通信设备,都与电磁波在海空介质中的传播特性和品质相关;海杂波、云雨杂波影响雷达探测和导弹精确制导;大气品质和云雾对光传输影响很大;声纳设备和鱼雷声制导装置与海表、海体、海底的水声传播特性相关;海洋环境对水下发射导弹、导弹出水和鱼雷入水的声学因素起重要作用;低空风影响炮弹和导弹的弹道;潜艇坐底与海底地质相关等。监测并掌握作战海区的海洋环境要素就有可能使舰艇的武器系统和探测设备的设计达到最优化

(二)对海上战术战法影响

就海上作战战法而言,掌握海洋环境参数及其变化与掌握敌情态势同等重要,是在作战准备和临战对抗行动中取得主动权所不可或缺的条件。只有准确了解战区水面、水下和海空的敌情和环境态势信息,并对其进行整合,才能制订科学的作战方案;才能作好对空、对海、对港或对岸的战斗部署;也才能对威胁目标迅速跟踪、识别瞄准并提高远距离精确打击能力;与此同时,还需掌握港口、基地、航道及附近海区的敌情和环境信息。因此,使各级海上指战员了解并利用环境因素以取得军事优势,是现代高技术条件下作战的一个主要方面。

2020年7月6日 09:52
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