[发明专利]深海远程水声通信方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种通讯技术，特别是一种水声通信技术，更确切地说，涉及实现深海远程水声通信的一种方法。

(二)背景技术

信息化深海资源开发、能源开发是关系到我国可持续发展的百年大计。尽快开发利用深水油气资源，关系到能否有效缓解我国日益严重的石油资源紧缺的局面，关系到国家石油资源的安全和经济安全。开发深海油气资源要有更复杂的技术，需要有母船、水下作业机器人和深海固定开发基站协同作业。深海远程水声通信将提供传输监测、遥控和安全保障所需的信息服务，其研究迫在眉睫，将成为制约水下信息领域发展的核心因素之一。

目前远程通信只是从通信技术角度进行设计，没有充分利用深海信道特性，远程水声通信通常是采用扩频通信技术或LFM信号，均是单一的靠获得扩频或相关增益，以提高通信距离。虽然扩频通信具有抗干扰、抗多途、保密性强和易于实现码分多址等优点，但水声通信可用频带有限，所以扩频序列脉宽通常较大，这将导致扩频水声通信的通信速率很低。

信道多途扩展产生的码间干扰是水声通信的主要障碍之一，尤其是当多途扩展时延长、各途径幅度大时，对水声通信将产生严重影响。众所周知，通常的滤波和提高发射功率对抑制多途干扰是不起作用的。克服码间干扰的最简单的方法是在各码片之间留有足够长的等待时隙，使其码元间的时间间隔大于多途扩展最大时延，即在下一码元到达时前一码元的多途信号已经消失，但该方法会导致通信速率很低。自适应信道均衡是抑制码间干扰的另一技术，通过对信道冲激响应的估计，消除接收信号中的信道影响，从而消除码间干扰，但盲均衡通常运算量大且需要一些先验知识，而非盲均衡则需要发送学习序列，一旦信道过于复杂而没达到学习稳态，则会导致后续的严重错误。上述抗多途干扰方法均是从抑制多途信号的角度出发，而未能充分利用多途信号信息。

另外，通信收、发节点间的信道形式直接关系到水声通信质量，而信道的系统函数对声源和接收点的相对位置、环境参数、声速分布等的变化十分敏感。因此，研究深海远程水声通信，首先应对深海信道特性进行研究。然而目前尚未将深海信道特性研究作为实现深海远程水声通信的一个重要研究环节。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以克服现有单纯依靠扩频技术的远程水声通信低速率的缺点和不足；能够加大通信距离、提高通信质量；能够实现低误码的深海远程水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合，并采用M元工作方式；

(2)在接收端采用单阵元被动式时间反转镜(PTRM)信道均衡技术；

(3)分析深海声道特性，指出当声源位于声道轴附近时，沿声道轴均为会聚区。

本发明还可以包括：

1、所述的将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合，并采用M元工作方式的编码过程为：产生M个具有优点相关性能的扩频序列，并生成扩频码；由预发送数字信息b_c决定选取出一个扩频码，并将其作为Pattern，再由预发送数字信息b_p确定Pattern时延差编码的时延值；经编码过程得到信息码信号，在发射信息码信号之前，先发射一LFM信号，既作为同步码，又作为探测码。

2、所述的在接收端采用单阵元被动式时间反转镜(PTRM)信道均衡技术是：首先接收探测信号，并将其时间反转作为预处理器；随后将接收到的信息码信号经过该预处理器；其输出再与探测码进行卷积，从而完成被动式时间反转镜处理。

3、所述的分析深海声道特性是通信前，在预工作区进行声速测量，得到声道轴位置深度；将收、发节点置于声道轴。

本发明的优点主要体现在：(1)与传统扩频通信相比较，本发明中扩频与Pattern时延差编码通信方法可有效提高其通信速率；(2)与常规的抗多途干扰方法相比较，本发明中的单阵元被动式时间反转镜可充分利用多途扩展信号，既有效的抑制了码间干扰，又获得聚集增益提高了信噪比；(3)通过结合深海信道特性，更有利于实现稳健的远程通信。

(四)附图说明

图1是M元扩频Pattern时延差编码通信原理图；

图2是被动式时间反转镜原理框图；

图3、4、5是深海声速分布及信道冲激响应，其中：图3为南海的声速剖面图，声道轴位于水下1000m左右；图4为收、发节点均位于声道轴、水平距离30km，利用射线声学模型得到的信道冲激响应；图5为位于声道轴的固定节点与位于150m海深的某用户节点间的信道冲激响应，其水平距离亦为30km；