[發明專利]一種適用于深海信道的多載波水聲通信方法

有效

• 申請號: 201711111019.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN108429591B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 樊養余;展海玲;呂國云;王劍書;王敏慶;劉洋;王菲
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L27/26;H04B17/391;H04B1/707
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種適用于深海信道的多載波水聲通信方法，涉及水聲通信領域，本發明通過計算聲波在海洋中傳播時由波陣面擴展引起的幅度衰減系數和聲吸收引起的幅度衰減系數等參數，建立一個會聚區傳輸的二徑信道模型，并利用該模型進行通信仿真；本發明所建立的深海水聲信道二徑模型既簡化了信道模型，又能夠真實反映水聲信道的特性，通過進行MC?DS?CDMA系統仿真，實驗結果顯示在惡劣的水聲信道環境中，系統具有良好的特性，能夠實現較為穩健的通信，系統傳輸效率較高，誤碼率滿足實際工程應用的需求，能在實際中應用。

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，尤其是一種適用于深海信道的水聲通信方法。

背景技術

隨著近些年海洋資源開發越來越得到各國政府的重視，水聲通信的應用需求不斷增加。海洋介質對高頻信號的衰減嚴重，導致其傳輸帶寬較窄；聲波在海洋中傳輸速度緩慢，收發機相對運動導致接收信號較大的多普勒頻偏。海洋環境的復雜多變導致水聲信道具有時變、空變、強多徑干擾、多普勒等特點。這些都為水下通信數據傳輸帶來巨大的挑戰。

多載波調制技術起源于上世紀60年代中期，運用多個載波對數字信號進行調制，具有傳輸速率高的特點，但其抗干擾性能一般，不適合應用于水下通信。擴頻通信技術起源于上世紀50年代，發展于軍事中的通信抗干擾技術。直接序列擴頻技術具有很強的抗干擾性能，但其傳輸速率低下。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種水聲通信方法，將多載波調制技術和直接序列擴頻技術相結合應用于水下通信中，旨在提高信息傳輸速率和抗干擾能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案詳細步驟如下：

步驟1：本發明中，海洋分為表面等溫層，溫躍層和深海等溫層，表面等溫層和深海等溫層為正聲速梯度水層，溫躍層為負聲速梯度水層，其中，表面等溫層為海洋中0～100米的深度，溫躍層為100-300米的深度，深海等溫層為300米以下的深度，取海深為H，其中聲源置于深度h，隨著海深H的變化，在聲道軸的上下方分別為聲速負梯度和聲速正梯度，水平傳輸距離為s，聲線在傳播時軌跡發生彎曲，聲線路徑一僅在溫躍層傳輸，聲線路徑二將越過聲道軸，進入深海等溫層，由于深海等溫層是負梯度分布水層，聲線將重新進入溫躍層，在溫躍層存在兩條聲線的交點構成的區域即會聚區，接收端布放在會聚區，接收端將收到兩個獨立的聲音信號，兩個聲音信號經過的軌跡便構成了會聚區傳輸的二徑信道模型，聲速路徑起點坐標為(0，z₀)，路徑一的最高點位置的坐標為(r₁,z₁)，接收端的坐標為(r₂,z₂)，則海洋中聲速與聲音所處深度、海水的鹽度和溫度之間的公式由下式表示：

c＝1449.2+4.6T-0.055T²+0.00029T³+(1.34-0.01T)(s-35)+0.016z (1)

式(1)中，c為聲速度，單位為m/s，T為溫度，單位為℃，s為含鹽度，單位為‰；z為聲音信號所處的深度，單位為m；

步驟2：根據式(1)得到表面等溫層的聲速：

c₀(z)＝c₀[1+a₀(z-z₀)] (2)

式(1)中a₀表示等溫層梯度分布系數，c₀表示深度z₀的聲速；

溫躍層的聲速為：

c₁(z)＝c₀[1+a₁(z-z₀)]+b₁T+b₂T²+b₃T³ (3)