[发明专利]一种适用于深海信道的多载波水声通信方法

说明书

本发明提供了一种适用于深海信道的多载波水声通信方法，涉及水声通信领域，本发明通过计算声波在海洋中传播时由波阵面扩展引起的幅度衰减系数和声吸收引起的幅度衰减系数等参数，建立一个会聚区传输的二径信道模型，并利用该模型进行通信仿真；本发明所建立的深海水声信道二径模型既简化了信道模型，又能够真实反映水声信道的特性，通过进行MC‑DS‑CDMA系统仿真，实验结果显示在恶劣的水声信道环境中，系统具有良好的特性，能够实现较为稳健的通信，系统传输效率较高，误码率满足实际工程应用的需求，能在实际中应用。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，尤其是一种适用于深海信道的水声通信方法。

背景技术

随着近些年海洋资源开发越来越得到各国政府的重视，水声通信的应用需求不断增加。海洋介质对高频信号的衰减严重，导致其传输带宽较窄；声波在海洋中传输速度缓慢，收发机相对运动导致接收信号较大的多普勒频偏。海洋环境的复杂多变导致水声信道具有时变、空变、强多径干扰、多普勒等特点。这些都为水下通信数据传输带来巨大的挑战。

多载波调制技术起源于上世纪60年代中期，运用多个载波对数字信号进行调制，具有传输速率高的特点，但其抗干扰性能一般，不适合应用于水下通信。扩频通信技术起源于上世纪50年代，发展于军事中的通信抗干扰技术。直接序列扩频技术具有很强的抗干扰性能，但其传输速率低下。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水声通信方法，将多载波调制技术和直接序列扩频技术相结合应用于水下通信中，旨在提高信息传输速率和抗干扰能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案详细步骤如下：

步骤1：本发明中，海洋分为表面等温层，温跃层和深海等温层，表面等温层和深海等温层为正声速梯度水层，温跃层为负声速梯度水层，其中，表面等温层为海洋中0～100米的深度，温跃层为100-300米的深度，深海等温层为300米以下的深度，取海深为H，其中声源置于深度h，随着海深H的变化，在声道轴的上下方分别为声速负梯度和声速正梯度，水平传输距离为s，声线在传播时轨迹发生弯曲，声线路径一仅在温跃层传输，声线路径二将越过声道轴，进入深海等温层，由于深海等温层是负梯度分布水层，声线将重新进入温跃层，在温跃层存在两条声线的交点构成的区域即会聚区，接收端布放在会聚区，接收端将收到两个独立的声音信号，两个声音信号经过的轨迹便构成了会聚区传输的二径信道模型，声速路径起点坐标为(0，z₀)，路径一的最高点位置的坐标为(r₁,z₁)，接收端的坐标为(r₂,z₂)，则海洋中声速与声音所处深度、海水的盐度和温度之间的公式由下式表示：

c＝1449.2+4.6T-0.055T²+0.00029T³+(1.34-0.01T)(s-35)+0.016z (1)

式(1)中，c为声速度，单位为m/s，T为温度，单位为℃，s为含盐度，单位为‰；z为声音信号所处的深度，单位为m；

步骤2：根据式(1)得到表面等温层的声速：

c₀(z)＝c₀[1+a₀(z-z₀)] (2)

式(1)中a₀表示等温层梯度分布系数，c₀表示深度z₀的声速；

温跃层的声速为：

c₁(z)＝c₀[1+a₁(z-z₀)]+b₁T+b₂T²+b₃T³ (3)