[发明专利]一种使用垂直接收阵的时反水声通信装置

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信，更确切地说，是一种使用垂直接收阵的时反水声通信装置。

背景技术

水声信道是时空频变的，其界面反射和声线弯曲导致多途扩展，由多途扩展引起的码间干扰是水声通信的主要障碍之一。为了获得高速率、低误码通信，必须抑制码间干扰。时反（time reversal）处理技术是一种能抑制码间干扰的简化处理技术，它的实质是利用水声物理时反空时聚焦特性来部分地均衡信道，是一种稳健的均衡技术。

时反通信在原理上可以分为主动时反和被动时反两类，前者的发射端在发送信息信号之前需要与接收端进行一次握手以获得信道知识，通信延迟比较大，而且需要一条收发合一阵，系统复杂度高。后者的发射端依次发送探针信号和信息信号，接收端将接收到的探针信号时间反转后与后续的信息信号卷积实现空时聚焦，由于被动时反通信信号只需单向传输，且无需采用收发合一阵，系统复杂度低，更有实用价值。

为了提高时反通信的性能，需要使用多个弱相关或不相关的接收阵元。在水声信道中，垂直相关半径远小于水平相关半径，通常垂直相关半径是信号波长的3-4倍，而水平相关半径有时会超过信号波长的数十倍，因此，在实际应用时，通常希望使用一条垂直短阵。

目前已不乏有水声时反通信的文献和专利，这些文献和专利涵盖了时反通信的理论、方法和原理实验，但是却无相关通信装置设计的报道。

虽然使用一条垂直接收阵能明显提高时反水声通信的性能，但是在海上作业时如何方便地安装使用一条垂直接收阵，以及如何与现有的配置单一换能器的水声通信MODEM相结合，是工程上需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种使用垂直接收阵的时反水声通信装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括抗拉接收阵、收发合一换能器、水密电子舱、抗拉水密电缆；所述的抗拉接收阵的一端通过抗拉水密接插件与收发合一换能器相连，另一端配有吊环螺钉；所述的收发合一换能器一端与水密电子舱相连，另一端通过抗拉水密接插件与抗拉接收阵相连；所述的抗拉水密电缆通过抗拉接插件与水密电子舱相连，并用于水密电子舱的供电和外部数据交换；抗拉接收阵内穿有抗拉纤维绳并通过收发合一换能器的空腔进入水密电子舱；所述的抗拉接收阵内设有若干个阵元，该阵元间距d为信号中心频率相应波长的3-4倍。

作为优选，所述的收发合一换能器，采用圆环换能器，圆环的两个端面水密；收发合一换能器的等效声中心到抗拉接收阵的第1个阵元8的距离大于或等于阵元间距d，收发合一换能器与抗拉接收阵一起构成N+1元接收阵。

作为优选，所述的水密电子舱，其内的前放电路板上有N+1路可插拔放大滤波电路，其中1路与收发合一换能器相连，N路与设有若干个阵元8的抗拉接收阵相连。

本发明的有益效果为：1、该装置结构紧凑、能方便地在各种典型应用场合下使用；例如，当该装置在水面船上使用时，可通过抗拉接收阵下挂重物，当该装置在海底设备上使用时，可通过抗拉接收阵上拉浮球，就可使整个通信装置在水中垂直，而不需要其它辅助绳；2、采用模块化设计，当不需要抗拉接收阵时，也可以灵活地将抗拉接收阵及其相应的N路放大滤波电路拆除，用作单通道时反通信机。

附图说明

图1是时反水声通信装置组成示意图。

图2是收发合一换能器与抗拉接收阵相连的结构示意图。

图3是抗拉接收阵与水密电缆从电子舱的同一端引出的方法1示意图。

图4是抗拉接收阵与水密电缆从电子舱的同一端引出的方法2示意图。

附图中的标号分别为：1、抗拉接收阵；2、收发合一换能器；3、水密电子舱；4、抗拉水密电缆；5、抗拉水密接插件；6、抗拉接插件；7、电缆；8、阵元；11、吊环螺钉；21、空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

图1是时反水声通信装置组成示意图，它由一条抗拉接收阵1、一个收发合一换能器2、水密电子舱3、抗拉水密电缆4组成。其中：

（1）抗拉接收阵1

抗拉接收阵1为充油式水听器阵，一端通过抗拉水密接插件5与收发合一换能器2相连，阵内穿有凯夫拉纤维绳，另一端配有吊环螺钉11，可挂下挂重物或上拉浮球。

本实施例中，通信信号的中心频率为8.0kHz，波长为0.1875米，为了降低各阵元接收信号之间的相关性，阵元间距d取波长的4倍，即0.75米。