專利名稱：深海遠(yuǎn)程水聲通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通訊技術(shù)，特別是一種水聲通信技術(shù)，更確切地說(shuō)，涉及實(shí) 現(xiàn)深海遠(yuǎn)程水聲通信的一種方法。(二) 背景技術(shù)信息化深海資源開(kāi)發(fā)、能源開(kāi)發(fā)是關(guān)系到我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的百年大計(jì)。盡快 開(kāi)發(fā)利用深水油氣資源，關(guān)系到能否有效緩解我國(guó)日益嚴(yán)重的石油資源緊缺的局 面，關(guān)系到國(guó)家石油資源的安全和經(jīng)濟(jì)安全。開(kāi)發(fā)深海油氣資源要有更復(fù)雜的技 術(shù)，需要有母船、水下作業(yè)機(jī)器人和深海固定開(kāi)發(fā)基站協(xié)同作業(yè)。深海遠(yuǎn)程水聲 通信將提供傳輸監(jiān)測(cè)、遙控和安全保障所需的信息服務(wù)，其研究迫在眉睫，將成 為制約水下信息領(lǐng)域發(fā)展的核心因素之一。目前遠(yuǎn)程通信只是從通信技術(shù)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有充分利用深海信道特性， 遠(yuǎn)程水聲通信通常是采用擴(kuò)頻通信技術(shù)或LFM信號(hào)，均是單一的靠獲得擴(kuò)頻或 相關(guān)增益，以提高通信距離。雖然擴(kuò)頻通信具有抗干擾、抗多途、保密性強(qiáng)和易 于實(shí)現(xiàn)碼分多址等優(yōu)點(diǎn)，但水聲通信可用頻帶有限，所以擴(kuò)頻序列脈寬通常較大， 這將導(dǎo)致擴(kuò)頻水聲通信的通信速率很低。信道多途擴(kuò)展產(chǎn)生的碼間干擾是水聲通信的主要障礙之一，尤其是當(dāng)多途擴(kuò) 展時(shí)延長(zhǎng)、各途徑幅度大時(shí)，對(duì)水聲通信將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。眾所周知，通常的濾 波和提高發(fā)射功率對(duì)抑制多途干擾是不起作用的?？朔a間干擾的最簡(jiǎn)單的方法 是在各碼片之間留有足夠長(zhǎng)的等待時(shí)隙，使其碼元間的時(shí)間間隔大于多途擴(kuò)展最 大時(shí)延，即在下一碼元到達(dá)時(shí)前一碼元的多途信號(hào)已經(jīng)消失，但該方法會(huì)導(dǎo)致通 信速率很低。自適應(yīng)信道均衡是抑制碼間干擾的另一技術(shù)，通過(guò)對(duì)信道沖激響應(yīng) 的估計(jì)，消除接收信號(hào)中的信道影響，從而消除碼間干擾，但盲均衡通常運(yùn)算量 大且需要一些先驗(yàn)知識(shí)，而非盲均衡則需要發(fā)送學(xué)習(xí)序列， 一旦信道過(guò)于復(fù)雜而 沒(méi)達(dá)到學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的嚴(yán)重錯(cuò)誤。上述抗多途干擾方法均是從抑制多 途信號(hào)的角度出發(fā)，而未能充分利用多途信號(hào)信息。另外，通信收、發(fā)節(jié)點(diǎn)間的信道形式直接關(guān)系到水聲通信質(zhì)量，而信道的系統(tǒng)函數(shù)對(duì)聲源和接收點(diǎn)的相對(duì)位置、環(huán)境參數(shù)、聲速分布等的變化十分敏感。因 此，研究深海遠(yuǎn)程水聲通信，首先應(yīng)對(duì)深海信道特性進(jìn)行研究。然而目前尚未將 深海信道特性研究作為實(shí)現(xiàn)深海遠(yuǎn)程水聲通信的一個(gè)重要研究環(huán)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服現(xiàn)有單純依靠擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)程水聲通 信低速率的缺點(diǎn)和不足；能夠加大通信距離、提高通信質(zhì)量；能夠?qū)崿F(xiàn)低誤碼的 深海遠(yuǎn)程水聲通信方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1) 將擴(kuò)頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié)合，并采用M元 工作方式；(2) 在接收端采用單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(PTRM)信道均衡技術(shù)；(3) 分析深海聲道特性，指出當(dāng)聲源位于聲道軸附近時(shí)，沿聲道軸均為會(huì)聚區(qū)。本發(fā)明還可以包括1、 所述的將擴(kuò)頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié)合，并采用M 元工作方式的編碼過(guò)程為產(chǎn)生M個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)相關(guān)性能的擴(kuò)頻序列，并生成擴(kuò) 頻碼；由預(yù)發(fā)送數(shù)字信息6c決定選取出一個(gè)擴(kuò)頻碼，并將其作為Pattern,再由 預(yù)發(fā)送數(shù)字信息6p確定Pattern時(shí)延差編碼的時(shí)延值；經(jīng)編碼過(guò)程得到信息碼信 號(hào)，在發(fā)射信息碼信號(hào)之前，先發(fā)射一LFM信號(hào)，既作為同步碼，又作為探測(cè) 碼。2、 所述的在接收端采用單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(PTRM)信道均衡技術(shù) 是首先接收探測(cè)信號(hào)，并將其時(shí)間反轉(zhuǎn)作為預(yù)處理器；隨后將接收到的信息碼 信號(hào)經(jīng)過(guò)該預(yù)處理器；其輸出再與探測(cè)碼進(jìn)行巻積，從而完成被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡 處理。3、 所述的分析深海聲道特性是通信前，在預(yù)工作區(qū)進(jìn)行聲速測(cè)量，得到聲 道軸位置深度；將收、發(fā)節(jié)點(diǎn)置于聲道軸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在(l)與傳統(tǒng)擴(kuò)頻通信相比較，本發(fā)明中擴(kuò)頻與 Pattern時(shí)延差編碼通信方法可有效提高其通信速率；(2)與常規(guī)的抗多途干擾 方法相比較，本發(fā)明中的單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡可充分利用多途擴(kuò)展信號(hào)，既 有效的抑制了碼間干擾，又獲得聚集增益提高了信噪比；(3)通過(guò)結(jié)合深海信道 特性，更有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的遠(yuǎn)程通信。

圖1是M元擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信原理圖； 圖2是被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡原理框圖；圖3、 4、 5是深海聲速分布及信道沖激響應(yīng)，其中圖3為南海的聲速剖面 圖，聲道軸位于水下1000m左右；圖4為收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均位于聲道軸、水平距離30km，利用射線聲學(xué)模型得到的信道沖激響應(yīng)；圖5為位于聲道軸的固定節(jié)點(diǎn) 與位于150m海深的某用戶節(jié)點(diǎn)間的信道沖激響應(yīng)，其水平距離亦為30km; 圖6是深海遠(yuǎn)程水聲通信的系統(tǒng)方框圖；圖7、 8是深海聲線圖，其中圖7為聲源位于聲道軸時(shí)的聲線圖；圖8為聲源位于150m煤的聲線圖；圖9、 IO為深海聲傳播損失曲線，其中圖9為聲源位于聲道軸附近時(shí)的傳 播損失，圖10為聲源位于150m深時(shí)的傳播損失；圖ll、 12為時(shí)間反轉(zhuǎn)信道，其中圖11為圖4對(duì)應(yīng)的時(shí)反信道，圖12為 圖5對(duì)應(yīng)的時(shí)反信道；圖13、 14、 15為不同信噪比下的拷貝相關(guān)輸出(收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均位于聲道軸)， 其中圖13 SNR=OdB，圖14SNR=-5dB，圖15 SNR--lOdB。 具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述1、 M元擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信M元擴(kuò)頻通信即多進(jìn)制擴(kuò)頻通信，多個(gè)信息比特用一個(gè)擴(kuò)頻碼進(jìn)行傳輸， 它相對(duì)于傳統(tǒng)擴(kuò)頻通信提高了傳輸速率，適合于帶寬有嚴(yán)格限制的水聲環(huán)境，具 有更強(qiáng)的抗干擾能力。本通信方法選用將M元擴(kuò)頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié) 合，即獲得了擴(kuò)頻通信可勝任遠(yuǎn)程通信的特性，又有效提高了擴(kuò)頻通信速率。 Pattern時(shí)延差編碼(Pattern Time Delay Shift Coding, PDS)水聲通信體制屬于脈位編碼，信息調(diào)制在碼元出現(xiàn)在碼元窗的時(shí)延差信息中，每個(gè)碼元寬度r。由Pattern碼型脈寬7;和編碼時(shí)間7;構(gòu)成，即7;=7;+7;。若將擴(kuò)頻碼作為PDS體 制的Pattern碼元，則可進(jìn)行完擴(kuò)頻編碼后再進(jìn)行PDS 二次編碼。圖1給出了 M 元擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信原理圖。圖l中q、 c2..... c^為M個(gè)擴(kuò)頻碼，它們具有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)性能。發(fā)送的信息碼通過(guò)編碼選擇器，依據(jù)傳送的信息從這M個(gè)擴(kuò)頻碼中選擇一 個(gè)作為Pattern碼型，這樣該擴(kuò)頻碼攜帶上的信息量為log2 M bit,記為以該 擴(kuò)頻碼作為Pattern碼型進(jìn)行Pattern時(shí)延差編碼，即完成第二次數(shù)字信息編碼， 記為~。接收到的信息碼經(jīng)過(guò)M個(gè)拷貝相關(guān)器，通過(guò)檢測(cè)相關(guān)峰最大值判決出 碼的類型、譯出該碼型對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息6e，并測(cè)量此擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)的時(shí)延差值，完 成PDS譯碼，得到數(shù)字信息6p。另外，擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信的碼元占空比小于l，可節(jié)省功耗，這對(duì) 于追求于低功耗的水聲通信節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)是有益的。2、單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)
時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡是與聲信道進(jìn)行匹配的"最佳"空間和時(shí)間濾波器。本方法提出 采用單個(gè)陣元實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(ptrm)，既可以滿足水聲通信節(jié)點(diǎn)追求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且低功耗的要求，又可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)均衡聲信道的效果，在抑制碼間干 擾的同時(shí)，可提高信噪比，從而增加通信距離。聲源在發(fā)射信息碼信號(hào)s(O前，先發(fā)射一探測(cè)信號(hào);^)，將接收到的探測(cè)信 號(hào)時(shí)間反轉(zhuǎn)構(gòu)造一前置預(yù)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)處理。其原理框圖如圖2 所示。接收到的探測(cè)信號(hào)^W及信息碼信號(hào)^(0分別表示為式中符號(hào)0表示巻積運(yùn)算， (0、 w,(O分別為疊加的本地干擾噪聲；WO為多 途聲信道的沖激響應(yīng)函數(shù)，總的接收信號(hào)是通過(guò)接收點(diǎn)的所有沿不同途徑、不同 時(shí)刻到達(dá)的信號(hào)的干涉疊加。將a(0時(shí)間反轉(zhuǎn)得到a(-0 ，然后存貯作為預(yù)處理器的系統(tǒng)函數(shù)，并將力(/)經(jīng)過(guò)預(yù)處理器，輸出為^h(,)(8)A(-,)H)]=順(e)戶H) ,) /z(-0] + ", (0式中",(0 = ^ 0) (-0 + & ", 0)為噪聲干擾項(xiàng)；AO) /7(—0是聲信道沖 激響應(yīng)函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)，相當(dāng)于在時(shí)間上把接收到的多途擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行了壓縮、同相位疊加，其相關(guān)峰明顯高于旁瓣，可將其近似視為3函數(shù)，此時(shí)式(2)可寫(xiě)為^ 0) s s(0 ; (—0 5(0 + a (0 (3)然后將預(yù)處理器輸出與XO作巻積運(yùn)算，輸出為= 。 (0 禍=剛 + ", (0 洲 (4)選用線性調(diào)頻信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)戶(0 ,其占用的頻帶應(yīng)包含信息碼信號(hào) 占用的頻帶。因?yàn)椋?O)0p(-O《3(0，所以式(4)可寫(xiě)為(5)式中"(/) = ^(0<8);^)為噪聲干擾項(xiàng)。此時(shí)，K0中的信號(hào)分量已近似為信息碼波形w)。單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡只能利用兩節(jié)點(diǎn)間的多途信號(hào)，與基陣處理相比，這也犧牲了基陣的空間聚焦增益，導(dǎo)致旁瓣變高。下面分析單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡聚焦多途信號(hào)得到的聚焦增益。設(shè)各途徑噪聲分量獨(dú)立且各途徑信號(hào)的信噪比相同，則經(jīng)信道傳播后接收到的探測(cè)信號(hào)A(O可6<formula>formula see original document page 7</formula>
從上述分析中可以看到，單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡處理后，實(shí)現(xiàn)了多徑分集，信噪 比SNR2》SNR,(無(wú)多途信號(hào)時(shí)，"-"成立)。右式第二項(xiàng)為聚焦增益，其值與 多途信號(hào)的數(shù)量及幅度有關(guān)，即在聚焦過(guò)程中，波導(dǎo)邊界產(chǎn)生的多途效應(yīng)增強(qiáng)了 時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡聚焦信號(hào)的能量，較自由場(chǎng)(Free鄰ace)環(huán)境更具聚焦效果。所以信道 越是復(fù)雜，單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡聚焦效果越好。
綜上所述，雖然單陣元構(gòu)成的時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡得不到時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡陣處理的空間增 益，導(dǎo)致旁瓣高于陣處理，但若將其應(yīng)用于水聲通信中仍然可以將經(jīng)由聲信道產(chǎn) 生的多途信號(hào)同時(shí)同相位疊加，在時(shí)間上壓縮信號(hào)，消除碼間干擾，且可提高信 噪比，尤其當(dāng)節(jié)點(diǎn)固定布放于深海聲道軸附近進(jìn)行通信時(shí)，時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)將更 加適用，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、高質(zhì)量水聲通信。
3、深海水聲信道特性分析
從通信論的觀點(diǎn)來(lái)看，海洋就是聲信道，水聲通信質(zhì)量很大程度上由水聲信 道特性決定，所以對(duì)信道特性的研究及如何利用聲信道特性以提高通信質(zhì)量是很 有價(jià)值的。
在南海資源礦藏區(qū)，海深均超過(guò)2000m，均有典型的深海聲道聲速分布且常 年出現(xiàn)。深海聲速分布曲線存在一極小值，其所處的深度稱為聲道軸。折射效應(yīng) 反映了聲線在傳播過(guò)程中趨于彎向聲速小的水層，在深海聲道中，始于位于聲道 軸的聲源的部分聲線由于未經(jīng)受海面和海底反射所引起的聲能損失而保留在聲 道內(nèi)，傳播損失較小，可以傳得很遠(yuǎn)，且在聲道中的會(huì)聚區(qū)的多途效應(yīng)相對(duì)較小。 利用深海信道特性，本文提出將水聲通信網(wǎng)的固定節(jié)點(diǎn)置于聲道軸的通信方案。 圖3為南海的聲速剖面圖，聲道軸位于水下1000m左右；圖4為收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均 位于聲道軸、水平距離30km，利用射線聲學(xué)模型得到的信道沖激響應(yīng)；圖5為 位于聲道軸的固定節(jié)點(diǎn)與位于150m海深的某用戶節(jié)點(diǎn)間的信道沖激響應(yīng)，其水 平距離亦為30km。
從圖4中可以看到，沿聲道軸傳播的聲線由于聲速度最小而晚到達(dá)，且由于 未經(jīng)界面反射而能量損失最小，所以能量相比于其他多途信號(hào)要大的多；另外， 圖4的信道多途擴(kuò)展相對(duì)于圖5要簡(jiǎn)單的多。
在深海聲道中，信道的沖激響應(yīng)函數(shù)十分穩(wěn)定、聲起伏小。對(duì)于水聲通信來(lái) 說(shuō)，若將收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均置于聲道軸附近， 一方面是多途擴(kuò)展導(dǎo)致的碼間干擾小， 另一方面是傳播損失小。所以本文提出將固定節(jié)點(diǎn)置于聲道軸附近，有利于實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程、高質(zhì)量水聲通信，具有重要實(shí)用價(jià)值。
圖6示出了本發(fā)明的深海遠(yuǎn)程水聲通信的系統(tǒng)方框圖，參照該圖和實(shí)施例， 進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
(1)在預(yù)通信工作區(qū)進(jìn)行聲速測(cè)量，得到聲道軸位置深度，將收、發(fā)節(jié)點(diǎn) 置于聲道軸。
深海聲道是由深海聲速分布的特性所構(gòu)成。深海聲速分布存在一極小值，其 所在的水層稱為聲道軸。折射效應(yīng)決定了聲線在傳播過(guò)程中趨于彎向聲速較小的 水層，因而，在深海聲道中，始于聲源的一部分聲線由于未經(jīng)受海面和海底反射 所引起的聲能損失而保留在聲道內(nèi)。由于傳播損失較小，特別當(dāng)聲源位于聲道軸 附近時(shí)，沿聲道軸均為會(huì)聚區(qū)，聲信號(hào)可沿聲道軸傳得很遠(yuǎn)，且在聲道會(huì)聚區(qū)的 信道沖激響應(yīng)有效寬度較小。某南海的聲速剖面圖如圖3所示，其聲道軸在 1000m深度左右。圖7、 8為其聲源位于聲道軸附近和位于海面時(shí)的聲線圖，圖 9、 IO為它們相應(yīng)的傳播損失圖。
由圖7可以看到沿著聲道軸，幾乎在所有距離上都是聲會(huì)聚區(qū)，其傳播損失 示于圖9，可以看到沿聲道軸的傳播損失很小，60km處的傳播損失只有86dB， 與圖IO對(duì)比，可以看出相同距離下，收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均位于聲道軸時(shí)的傳播損失要 明顯小。所以若將通信節(jié)點(diǎn)布設(shè)在聲道軸上，則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程水聲通信。
(2)在發(fā)射端，產(chǎn)生M個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)相關(guān)性能的擴(kuò)頻序列，并生成擴(kuò)頻碼，
記c,、 c2..... cM;由預(yù)發(fā)送數(shù)字信息&決定選取出一個(gè)擴(kuò)頻碼，并將其作為
Pattern,再由預(yù)發(fā)送數(shù)字信息^確定Pattern時(shí)延差編碼的時(shí)延值，完成PDS編
碼，得到信息碼信號(hào)WO。
M取值為2的整數(shù)次冪。以AT-8為例，若二進(jìn)制數(shù)字信息6^
，則選 q作為Pattern碼，若6^[10 1]，則選q作為Pattern碼。
下面討以實(shí)施例討論一下m元擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信的通信速率。
設(shè)擴(kuò)頻碼脈寬7;= 128ms; PDS編碼時(shí)間r,32ms，時(shí)間量化層Ar-lms，則 PDS編碼攜帶信息"- log2(7; M" =5bit。若采用BPSK編碼擴(kuò)頻通信，則擴(kuò)頻通 信速率約為1/7;"8bit/s;若按本文方案，每個(gè)擴(kuò)頻碼被增加32ms的PDS編碼 時(shí)間，則每個(gè)信息碼元的脈寬r。-160ms，每個(gè)信息碼元攜帶信息量增加5bit，此 時(shí)擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼的通信速率為(l+5)/r。 "38bit/s，通信速率提高約3.5 倍。若系統(tǒng)采用8進(jìn)制(M=8)擴(kuò)頻編碼方式，則可進(jìn)一步提高通信速率，為 (3+5)/r。 =50bit/s;采用16進(jìn)制(M=16)擴(kuò)頻編碼方式，通信速率為 (4+5yr。=56.25bit/s。擴(kuò)頻序列具有很好的多址特性，若再采用多路同時(shí)工作，則 通信速率在此基礎(chǔ)上可再成倍增加。
給定Pattern碼脈寬及編碼量化層后，可以確定最佳PDS編碼bit數(shù)n，以使 擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼通信系統(tǒng)通信速率最高。通過(guò)仿真分析可知，隨著擴(kuò)頻 碼脈寬增大，則與PDS編碼體制結(jié)合后通信速率提高的倍數(shù)越明顯。例如設(shè)擴(kuò) 頻碼脈寬為256ms，則擴(kuò)頻通信速率約為4bit/s;此時(shí)最佳PDS編碼bit數(shù)m為6， 即每個(gè)擴(kuò)頻碼需被增加64ms的PDS編碼時(shí)間，每個(gè)信息碼元的脈寬7;-320ms，
此時(shí)擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼的通信速率約為(l+6)/r。 "22bit/s，提高了 4.5倍。 尤其當(dāng)系統(tǒng)帶寬較小或欲提高通信距離時(shí)(擴(kuò)頻增益為擴(kuò)展頻譜帶寬與擴(kuò)頻碼脈 寬的乘積)，擴(kuò)頻碼脈寬約為秒量級(jí)，增加幾十毫秒的PDS編碼時(shí)間則可增加幾 bit信息，對(duì)提高通信速率是非常顯著的。(3) 在發(fā)射信息碼信號(hào)之前，先發(fā)射一LFM信號(hào)，既作為同步碼，又作為 探測(cè)碼，記p(/)。(4) 在接收端，將接收到的探測(cè)信號(hào)時(shí)間反轉(zhuǎn)作為預(yù)處理器；隨后將接收 到的信息碼信號(hào)經(jīng)過(guò)該預(yù)處理器；其輸出再與探測(cè)碼p(O進(jìn)行巻積，從而完成被 動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡處理。被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的輸出信號(hào)，將多途擴(kuò)展信號(hào)聚焦，既 抑制了碼間干擾，又提高了信噪比。圖4、 5所示的深海聲信道的信道沖激響應(yīng)，所對(duì)應(yīng)的時(shí)反信道《(0如圖11、 12所示。時(shí)反信道《(0是接近理想的，它只有一個(gè)主峰，旁瓣級(jí)很小，獲得多途 信號(hào)能量的"聚焦"效果，因此在時(shí)反鏡均衡后通信的誤碼率可顯著減小，并可 提高信噪比。(5) 將時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡輸出信號(hào)送入拷貝相關(guān)器組。以發(fā)送端6f[10 1]、選q 為例，則通過(guò)最大值判決，可確定Pattern為擴(kuò)頻碼q，從而解調(diào)出數(shù)字信息Z c; 同時(shí)測(cè)量此擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)的時(shí)延差值，完成PDS譯碼，得到數(shù)字信息6p。圖13、 14、 15給出了收、發(fā)節(jié)點(diǎn)均位于聲道軸時(shí)，在不同信噪比下的拷貝 相關(guān)輸出波形圖。仿真統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)在深海、通信距離30km的誤碼率若單通道 工作(通信速率50bit/s)，當(dāng)接收信噪比大于OdB時(shí)接近于O誤碼，當(dāng)接收信噪 比為-10dB時(shí)誤碼率為10—4左右；若6通道同時(shí)工作(通信速率300bit/s)，當(dāng)接 收信噪比大于OdB時(shí)，誤碼率約為IO-3。
權(quán)利要求
1、一種深海遠(yuǎn)程水聲通信方法，其特征是(1)將擴(kuò)頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié)合，并采用M元工作方式；(2)在接收端采用單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡信道均衡技術(shù)；(3)分析深海聲道特性，利用當(dāng)聲源位于聲道軸附近時(shí)沿聲道軸均為會(huì)聚區(qū)的特性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海遠(yuǎn)程水聲通信方法，其特征是所述的將擴(kuò) 頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié)合，并采用M元工作方式的編碼過(guò)程為產(chǎn)生M個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)相關(guān)性能的擴(kuò)頻序列，并生成擴(kuò)頻碼；由預(yù)發(fā)送數(shù)字信息6c決定選取出一個(gè)擴(kuò)頻碼，并將其作為Pattern,再由預(yù)發(fā)送數(shù)字信息 ~確定Pattern時(shí)延差編碼的時(shí)延值；經(jīng)編碼過(guò)程得到信息碼信號(hào)，在發(fā)射信息 碼信號(hào)之前，先發(fā)射一LFM信號(hào)，既作為同步碼，又作為探測(cè)碼。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深海遠(yuǎn)程水聲通信方法，其特征是所述的在接收端釆用單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡信道均衡技術(shù)是首先接收探測(cè)信號(hào)， 并將其時(shí)間反轉(zhuǎn)作為預(yù)處理器；隨后將接收到的信息碼信號(hào)經(jīng)過(guò)該預(yù)處理器； 其輸出再與探測(cè)碼進(jìn)行巻積，從而完成被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深海遠(yuǎn)程水聲通信方法，其特征是所述的 分析深海聲道特性是通信前，在預(yù)工作區(qū)進(jìn)行聲速測(cè)量，得到聲道軸位置深度； 將收、發(fā)節(jié)點(diǎn)置于聲道軸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或2所述的深海遠(yuǎn)程水聲通信方法，其特征是所述的 分析深海聲道特性是通信前，在預(yù)工作區(qū)進(jìn)行聲速測(cè)量，得到聲道軸位置深度； 將收、發(fā)節(jié)點(diǎn)置于聲道軸。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種深海遠(yuǎn)程水聲通信方法。(1)將擴(kuò)頻通信與Pattern時(shí)延差編碼水聲通信體制相結(jié)合，并采用M元工作方式；(2)在接收端采用單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(PTRM)信道均衡技術(shù)；(3)分析深海聲道特性，指出當(dāng)聲源位于聲道軸附近時(shí)，沿聲道軸均為會(huì)聚區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在(1)與傳統(tǒng)擴(kuò)頻通信相比較，本發(fā)明中擴(kuò)頻與Pattern時(shí)延差編碼通信方法可有效提高其通信速率；(2)與常規(guī)的抗多途干擾方法相比較，本發(fā)明中的單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡可充分利用多途擴(kuò)展信號(hào)，既有效的抑制了碼間干擾，又獲得聚集增益提高了信噪比；(3)通過(guò)結(jié)合深海信道特性，更有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的遠(yuǎn)程通信。
文檔編號(hào)H04B13/02GK101166065SQ20071007255
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者惠俊英, 殷敬偉, 王逸林, 郭龍祥 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)