[發明專利]一種水面母船與水下用戶雙向水聲通信方法

有效

• 申請號: 200910072531.0
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101610117A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 殷敬偉;蔡平;趙安邦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B1/707;H04L25/02;H04L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種通信方法，特別是一種實現水面母船與水下用戶雙向水 聲通信的方法。

(二)背景技術

海洋資源開發和海洋環境立體監測系統大都包括海底傳感器、自主式水下運 載器(AUV)、水下試驗儀器和水面母船等。母船需要從多個水下用戶獲取實時 數據，并把控制信息傳遞給各個用戶。這種配置形成一種交互式通信，可通過水 聲通信來實現，其具有靈活、方便、經濟、不存在電纜纏繞等問題。

水聲信道是隨機時變、空變的，其界面反射和聲線彎曲導致多途擴展，由多 途擴展產生的碼間干擾是水聲通信的主要障礙之一。為了獲得高速率、低誤碼通 信，必須抑制碼間干擾。

時間反轉鏡(Time?Reversal?Mirror，TRM)可在沒有任何先驗知識的情況下 具有自適應匹配聲信道的作用。TRM已被廣泛應用于水聲通信中，包括主動式 TRM(Active?TRM，ATRM)、被動式TRM(Passive?TRM，PTRM)和虛擬式TRM (Virtual?TRM，VTRM)。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種既能減小水下用戶設備的復雜性，又有利于提高 通信質量的一種水面母船與水下用戶雙向水聲通信方法。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)在水面母船上設置由收發合置水聽器組成的垂直接收陣通信系統，水 下用戶設置單陣元構成的點源，水面母船與水下用戶之間間斷性進行信息交互；

(2)水下用戶至水面母船的上行通信，采用虛擬式時間反轉鏡，探測碼、 亦為通信同步碼，由兩個LFM信號構成、即正調頻LFM₊與負調頻LFM_-；

(3)在水面母船接收端，各陣元首先分別對接收到的探測碼進行存儲，同 時對其進行拷貝相關處理，以此完成信道估計，隨后接收到的信息碼與信道估計 的時間反轉進行卷積運算；

(4)上行通信中，每個陣元均先進行信道估計、完成虛擬時間反轉鏡處理 后，重新同步，然后再疊加輸出進入解碼器；

(5)水面母船至水下用戶的下行通信，以接收到的探測碼的時間反轉作為 信息碼元載體，進行編碼，傳送信息給水下用戶。

所述各陣元首先分別對接收到的探測碼進行存儲是正、負調頻LFM分別存 儲。

為實現本發明的目的，克服多途干擾，本發明在上行通信中利用虛擬式時間 反轉鏡抑制碼間干擾，下行通信中利用主動式時間反轉鏡使信號到達水下用戶時 已自動均衡信道，從而提出一種實現水面母船與水下用戶雙向水聲通信的方法。

本發明的優點是可以利用上行、下行通信中的虛擬式時間反轉鏡和主動式時 間反轉鏡特性實現水面母船與水下用戶雙向水聲通信，在減小了水下用戶設備的 復雜性的同時，有利于提高通信質量。

(四)附圖說明

圖1是水面母船與水下用戶雙向水聲通信示意圖；

圖2是幀數據結構；

圖3-1～圖3-4是4個陣元與用戶間的信道沖激響應h₁～h₄；圖3-5～圖3-8是 各陣元與用戶間信道沖激響應之間的互相關輸出(其中corr(·)表示互相關運算)；

圖4-1、圖4-2是未使用虛擬時間反轉鏡時的拷貝相關解碼輸出波形圖，其 中圖4-1為以LFM₊為參考信號，圖4-2為以LFM_-為參考信號；

圖4-3、圖4-4給出了使用虛擬時間反轉鏡時的拷貝相關解碼輸出波形圖， 其中圖4-3為以LFM₊為參考信號，圖4-4為以LFM_-為參考信號。

圖5-1、圖5-2是下行通信中的編碼信號，其中圖5-1對應LFM₊編碼，圖 5-2對應LFM_-編碼；

圖5-3、圖5-4是拷貝相關解碼輸出波形，其中圖5-3為以LFM₊為參考信號， 圖5-4為以LFM_-為參考信號。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：