[發(fā)明專利]基于電流場模式的長距離海水信道頻率傳輸特性建模方法

有效

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• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN111641466B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭羽;郭興欣;秦瀟叢;張笑陽;盧艷芳;袁佳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B13/02
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本發(fā)明公開了一種基于電流場模式的長距離海水信道頻率傳輸特性建模方法，對于提高海洋用長距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)具有重要的研究意義；海水作為長距離數(shù)據(jù)傳輸中的重要介質(zhì)，本發(fā)明提出了一種從信道本身出發(fā)直接測試信道特性然后建立實(shí)測信道模型的方法；隨著測量深度的增加，傳輸信道的阻抗參數(shù)發(fā)生很大的變化，這使得數(shù)據(jù)在傳輸過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變和衰減，嚴(yán)重影響了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以研究海水信道本身的特性對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性有著非常重要的意義；本發(fā)明從海水信道本身出發(fā)，采用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量并結(jié)合仿真得到長距離傳輸海水信道的幅頻衰減和相頻偏移特性，建立實(shí)測信道數(shù)學(xué)模型，本發(fā)明為解決長距離傳輸信號衰減問題提供重要的理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明以電流場傳輸模式的長距離傳輸海水信道為原型，提出一種針對長距離傳輸海水信道，通過測量與仿真分析傳輸信號在海水信道傳輸?shù)姆l與相頻特性，并建立了傳輸特性與頻率，距離參數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，該方法對于分析基于電流場模式的長距離傳輸海水信道傳輸特性具有重要的理論意義，歸屬于電子信息技術(shù)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

海洋環(huán)境的監(jiān)測是海洋科學(xué)的一個最重要的研究領(lǐng)域。海洋環(huán)境監(jiān)測是對海洋中的物理、化學(xué)和生物條件進(jìn)行調(diào)查和研究，包括海洋現(xiàn)象，海洋科學(xué)研究，海洋災(zāi)害，以及海洋突發(fā)性污染事件等。實(shí)現(xiàn)大范圍、大規(guī)模的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的長距離傳輸，更加需要精細(xì)準(zhǔn)確的方法和技術(shù)，同時也是海洋環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。電流場傳輸方式是目前常用的一種重要的水下通信方式，信號的傳輸頻率被控制在幾MHz內(nèi)。基于電流場模式的長距離傳輸方式突破傳統(tǒng)電流場傳輸模式的短距離通信限制，是實(shí)現(xiàn)全深海剖面測量的一種水下通信方式。采用海水作為傳輸媒質(zhì)的長距離通信方式，與近距離電流場通信方式的共同特點(diǎn)是其電信號在海水中的存在形式與電流場通信的電場分布或者電流密度的分布形式是一致的。基于電流場模式的長距離傳輸方式可以實(shí)現(xiàn)全海深千米及以上傳輸距離的探測和有效傳輸。

針對深海環(huán)境多要素大量監(jiān)測數(shù)據(jù)高速實(shí)時長距離傳輸功能的迫切需求，本發(fā)明提出了基于電流場模式的長距離傳輸海水信道系統(tǒng)未知的情況下，從海水信道本身入手，利用掃頻法，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量電流信號在短距離海水信道中頻率傳輸特性，然后利用仿真分析海水信道的傳輸距離與傳輸特性的關(guān)系，最終得到基于電流場模式的長距離傳輸海水信道頻率傳輸特性，建立海水信道數(shù)學(xué)模型。從而可以進(jìn)一步指導(dǎo)長距離傳輸信道的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高信號傳輸?shù)木_度和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了充分了解電流場信號在長距離傳輸海水信道中的傳輸特性，為提高電流信號在海水信道中的傳輸性能提供了理論基礎(chǔ)。

本發(fā)明從電流信號本身入手，測量不同頻率的正弦波電流信號在短距離海水信道中頻率傳輸特性，然后利用仿真分析海水信道的傳輸距離與傳輸特性的關(guān)系，得到不同探測深度下海水信道的傳輸特性，最終得到基于電流場模式的長距離傳輸海水信道頻率傳輸特性，建立海水信道數(shù)學(xué)模型，為提高感應(yīng)耦合信道的傳輸性能提供了理論基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明基于電流場模式的長距離傳輸海水信道，發(fā)明了一種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀并結(jié)合仿真分析得到基于電流場模式的長距離傳輸海水信道頻率傳輸特性，并建立數(shù)學(xué)模型的方法。可表述為：應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量不同頻率的正弦波電流信號在短距離海水信道中頻率傳輸特性，然后利用仿真分析海水信道的傳輸距離與傳輸特性的關(guān)系，得到不同探測深度下海水信道的傳輸特性，最終得到基于電流場模式的長距離傳輸海水信道頻率傳輸特性，建立海水信道數(shù)學(xué)模型。根據(jù)信道特性建立一個簡單可行的海水信道模型，對于提高基于電流場模式的長距離傳輸海水信道傳輸性能具有重要的研究意義。

本發(fā)明提供的基于電流場模式的長距離海水信道頻率傳輸特性建模方法，具體步驟是：

第1步、測量電流信號在短距離海水信道中的頻率傳輸特性

首先，在實(shí)驗(yàn)室條件下采用網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描法測量30KHz-1MHz的正弦波電流信號經(jīng)過1m，2m，3m和4m的海水傳輸信道后，記錄不同深度海水信道對不同頻率的電流信號幅值衰減量以及相位偏移量。