目录水车式增氧机
摘要............................................................................................................ I I 1 绪论
1.1 引言 (1)
1.3 论文课题介绍 (8)
2.1海洋中声信道的物理特性 (11)
2.2信道特性对通信的影响 (16)
2.3水声信道与无线电信道的比较 (18)
2.4本章小结 (19)
3 水声信道建模与仿真
3.1基于传统射线理论的N 径确定性模型 (20)
3.2水声信道的仿真与分析 (24)
3.3本章小结 (27)
4 水声信道特性测量方法研究与仿真
4.1信道特性函数分析 (28)
4.2信道测量方法 (33)
4.3信道测量的仿真分析 (40)
4.4本章小结 (45)
5 全文总结与展望 (46)
走线槽贺育民致谢 (48)铍青铜热处理
参考文献 (49)
1 绪论
1.1 引言
通信是人们赖以生存的重要手段之一。现代通信技术己经进入了人们生活的方方面面，卫星通信、移动通信使得居住在世界各地的人们可以通过直接对话进行交流。同时人类交流信息的空间也不再局限在陆地范围，占地球表面积绝大部分的浩瀚水域作为人们的宝贵资源，己经吸引了许多科技工作者在水下通信领域去探索和开发利用。 随着海洋开发和信息产业的发展，利用海洋信道传递信息的需求大为增加。各种数据信息，如遥测数据，水下机器人遥控指令，水下无缆电话，水下电视图象，环境系统中的污染检测数据等，都需要通过水声通信系统进行传送，水声通信系统的商用价值凸现，与之相应的是水声通信的研究迅速增加。在近10年间，水声通信技术迅速发展，各种通信技术，如扩频技术、相位相干检测、自适应均衡等都在水声通信系统中得到了广泛的应用。 要在水下两个距离较远的地点之间建立通信，一种方法就是把发射机和接收机用通信电缆连接起来。但是这种水下通信方案有许多缺点，例如：造价昂贵；如果位于深水区则维护和修理特别困难；若某一平台很小且是可移动的，则这一平台的电缆拖曳便成为一个不可忽视的问题。另一种方法是利用水自身来传播携带有信息的信号。声场是水中传播最远的物理场[1]，因此，声波是水中通信的首选媒体，
水声通信也成为人们普遍接受的水中通信方式。但是，由于水声通信信道的带宽严重受限，水声传播的多径效应等等特性，水声通信的作用距离、通信速率、通信可靠性等都不能够很好地满足人们的要求。因而，水声通信一方面通过借鉴数字信号处理、无线电通信、移动通信、卫星通信、扩频通信以及软件无线电技术和声纳技术的成果来满足相应的技术要求，另一方面，基于水声通信信道自身的特性，人们正在开发新方法、新技术来满足人们对水声通信系统性能的更高要求。
水声通信技术研究大致可划分为以下6个研究领域：(1)水声信道物理学的研究，包括信道的仿真和测量；(2)接收机结构的研究，主要体现为功能强大的信号处理机的使用和算法的研究；(3)各种应用于衰落信道的分集技术的研究；(4)编码技术，包括图象传输所需的压缩编码和能提高系统可靠性的纠错编码技术的研究；(5)水下网络系统的研究；(6)减少多途影响的新调制技术的研究。
水声通信技术与无线电通信技术有很多相似之处，但在信道带宽、数据速率、系统的可靠性等性能指标以及系统结构和组成等诸多方面，水声通信与无线电通信都有很大不同，其关键在于水声信道可能是自然界最复杂的无线通信介质：在中距离的水平信道中，多途时延可能超过60ms，造成长的码间干扰，从而限制了系统的传输速率；按传播方向和水文条件的不同，信道会出现或快或慢、平坦性或选择性衰落过程；高频吸收损失和低频舰船噪声使得在浅海中等传播距离的信道中传输带宽不足40kHz；由于信道时变，在水声信道进行相位跟踪比较困难，很难采用有较高带宽利用率的相位相干检测技术等，这些因素都对实现高速、大容量和高可靠性的通信提出了挑战。能否针对水声信道的特
性，采用合适的无线电通信技术来提高通信速率是现在进行水声通信研究的热点。
1.2 水声通信的发展历史及现状
水声数据通信是近年来国际上发展迅速，研究相当活跃的科学领域之一。它的研究主要是为了解决水下信息的可靠传输和交换，以更好地满足水下目标探测，水下自主航行器的遥控和广阔的民用领域的海洋开发，海上钻井平台和舰船的应急维护，水下资源勘探等的要求。近年来，随着海洋开发的发展，水声通信越来越受到世界各国的重视。
水声通信的历史可以追溯到1914年，水声电报系统研制成功并被英国海军安装在巡洋舰上，这可以看作水下无线通信的雏形。20 世纪初，水声通信开始用于潜水员和水面控制船之间进行传递信息[2]。然而真正有可靠性保证的水声模拟通信系统出现在二战以后，系统在潜艇间的通信开始采用数字技术。在水声通信中采用数字技术有两方面重要作用：(1)可以采用复杂的纠错编码技术以提高传输的可靠性；(2)可以采用数字信号处理技术来抵消信道多途和频率扩展的影响。从此，随着具有相似衰落特性的无线电高频信道通信技术的发展，水声通信得到了突飞猛进的发展。
在最初的水声信道研究中，水声信道被近似为瑞利衰落信道，即接收波形的复包络为瑞利分布，其相位为均匀分布。在这种模型条件下，非相干调制比相干调制更适合水声信道，因此非相干FSK系统得到了广泛的应用。
集束天线
就调制方式来说，FSK系统作为一种能量检测(非相干检测)而非相位检测(相干检测)系统[3]，对水声信道的时间和频率扩展有很强的适应能力。FSK系统是用不同的单频信号来表示数字信息，在接收机用窄带滤波器对各个单频信号进行能量检测
并判决。对于FSK系统，接收机的核心部分是模拟或数字形式的窄带滤波器。大多数的水声FSK系统都采用了一些技术措施来减小或回避信道多途引起的码间干扰(Intersymbol Interference，简称ISI)所造成的信号失真，如采用传统的保护时间技术、多频分集技术以及纠错编码技术。
在近十年间，非相干接收技术的发展主要在于采用更有效、能力更强的硬件上。高可靠性、长期无人值守的系统也是非相干系统研制的一个方向。非相干接收系统在远距离传输时，其接收机结构没有本质的变化。目前，非相干系统研制面临的主要任务是自适应调节系统的参数达到最佳化，以适应所处的信道环境，从而达到最远的传播距离、最高的数据率和可靠性。现有的非相干系统都没有自动确定保护时间、设置参数的能力，结果系统都是按最恶劣的环境设计，造成带宽和功率不必要的浪费。
随着海洋开发事业的发展，各种数据信息如遥测数据、水下机器人和海上石油平台的遥控指令、水下无缆电话，海底勘探数据，水下电视图象，环境系统中污染检测数据，水文站的采集数据等，利用水声信道和水声通信系统进行传送的需要大为增加。水声通信，特别是无缆水声通信应用范围的扩大，使得对系统的信息量和性能的要求随之增加。如在传输控制指令的水声遥控系统中，数据率可低至 3
b/s，系统带宽不大于30 Hz；而要传送图象信号，数据率则需10 kb/s~50 kb/s，系统带宽20 kHz~60 kHz。虽然非相干FSK 系统很可靠，但它较低的频带利用率使得其很不适应在带宽受限的水声信道进行图象传输或多用户网络应用。因此近十年中，大量研究着重于如何扩展系统的带宽，提高数据的传输率。这些研究主要集中在有更好带宽利用率的相位相干调制技术和抑制多途信号处理方面。
与非相干接收系统相比，相位相干水声通信系统在近二十年间得到了很大的发展。在相干接收发展中具有里程碑意义的是在接收机中使用了判决反馈均衡器(Decision Feedback Equalization，简称DFE)和锁相环(Phase-locked loop，简称PLL)。在传统的水声传输观念中，时变起伏是相干接收的主要障碍，但实际上使用DFE 和PLL 也是基于要估计和跟踪信道脉冲响应的复杂性和时变性[4]。非相干接收机是努力回避码间干扰的影响，而相干接收机则必须主动减小ISI的影响，以获得可靠的相位参考。蚕豆剥皮机
相位相干调制有相对相干调制和绝对相干调制之分。绝对相干调制，例如移相键控(PSK)调制，用发射信号的相位直接表示数字信息，它的频带利用率和在白噪声中的误码率性能在数字调制技术中是最优的[5]。但PSK信号在接收时需要得到正确的相位参考，否则会造成解调信号的严重错误。相对相干调制－差分PSK(DPSK)
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