1．目的及意义

1、目的及意义

1.1 研究目的及意义

水声通信是一项在水下收发信息的技术，是海洋监测的一项关键技术，可实现导航、定位、信息交换、通信联络和安全保障所需的信息传输，是实现水下综合信息感知与信息交换的主要手段。在信息化海洋数据采集、海洋资源开发、海洋环境监测等关系到我国可持续发展的商业战略领域中，水声通信扮演者重要的角色。对于国民经济来说，海洋资源在当今社会已经越来越重要，在海洋里蕴藏着丰富的矿产资源，能够为国家带来巨大的经济收益，而对沿海城市更是有很大的益处，使得沿海城市发展迅猛，是当今国民经济的重要支柱，只有建立了良好的水下监测技术，才能对海洋资源的合理开发，促进我国的经济发展。

另一反面，我国在海洋权益方面与他国经常产生冲突，为了保障我国的海洋权益，海洋货物安全运输，那么建立完善的海洋国防预警机制，尤其是建立实时的针对舰船和潜艇的海洋监测系统就显得十分重要。

随着社会的发展，海洋资源的过度开发以及环境污染已经严重导致各种负面的影响，海水的劣质程度逐渐加深，严重影响到我国的经济发展，因此大力发展水声通信，提高海洋的监测能力，从而及时对海洋进行有效的补救与预防更加严重的资源开发和环境污染。

赤潮、风暴、海啸等不可避免的自然灾害随时有可能发生，对海洋产生极大的破坏，因此，迫切需要研制有效的海洋环境监测及灾害智能预警系统，并建立良好的立体监测与预报体系，以满足海洋资源开发、利用和社会、经济发展的需求。

1.2 国内外研究现状

80年代中后期哈工程大、声学所、厦门大学先后进行了数字水声通信的研究。中科院声学研究所从事的高速水声通信技术研究，厦门大学利用跳频技术实现了实时的语音通信。九十年代末至本世纪初，又有715所、西工大等单位先后开展了水声通信技术的研究，其中西工大学主要研究水雷的远程遥控技术6971厂和中科院声学所还引进消化了白俄罗斯的扩音通信技术，并以此为基础进行了通信声纳型号的研制；715所在863项目的支持下，敬得的水声通信的指标分别为：波特率300bps、通信距离30公里、误码率10-4和波特率1200bps通信距离5公里、误码率10-4，时反镜通信试验成功地实现了2400bps的指标。东南大学对水声通信网络中数据链路传输协议等进行了仿真研究。哈尔滨工程大学的研究内容涉及信道仿真技术，MFS风QPSK调制、多频编码、自适应均衡等技术，在湖上和海洋进行了长距离数据和图像传输。

中国科学院声学研究所水声技术部在国家高技 术研究发展计划和“十五 ” 国防预研基金支持下 ,在 关于水下高速通信的项目中 ,对水下通信系统 ,特别 是多进制 PSK调制解调系统和水下 OFDM通信系 统进行了深入的理论和实验研究. 其中在水下信道 估计技术、 分集接收技术、 均衡技术、 QPSK和 M QAM调制技术、 OFDM调制解调技术、 差错控制编 解码技术、 抗时变多径技术、 Doppler补偿技术等方 面有了大量的技术积累和研究成果 ,这些成果在我 们进行的十多次的高速水声通信湖试和海试中得到 了验证. 目前我们海试结果已达到了误码率为 零时 ,距离与速率乘积为 132kbps·km的水平 ,在 国内外的速率大于 2kbps的高速水声通信公开发表 的试验结果中 ,还没有见到比这个更好的结果.

在一些海洋强国中，例如德国、美国、日本和澳大利亚等，很早就一直投入巨大资金研究和开发水声通信系统，努力提高水声通信系统的传输距离、数据传输速率、可靠性等。德国的Evologics公司研发的S2C系列水声无线调制解调器采用多相键控（Multiple Phase Shift Keying, MPSK）调制方式实现了距离最大为6km的水下数据传输，其数据传输速率最大可达20kbps[12]。美国Sonardyne 公司开发的uCOMM水声通信系统采用正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）调制方式以50W的功率传输了6km，其最大传输速率达到15kbps[12]。英国Tritech公司的Micro Data Modem虽然传输速率为40bps，传输距离1000m，但体积和功耗都很小，并且已经具备初步的组网能力[13]。美国LinkQuest公司的UWM系列水声调制解调器最大传输距离达到10km，最大数据传输速率为5kbps，并且系统稳定性较好，缺点是价格昂贵。

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2. 研究的基本内容与方案

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2、研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 研究的基本内容与目标

水声通信网络作为海洋发展的关键技术，对海洋经济、海洋环境保护、海洋救灾、国土安全等意义重大。然而水声通信实验成本高昂，因此本课题使用通用计算机，麦克风和音响等设备，设计一款空气通信软件用于水声通信系统的仿真验证，可以极大节省实验开支，方便优化技术方案，缩短开发周期。主要研究水声相干通信系统模型，包括水声通信调制解、同步、信道均衡和信道编码等技术，设计一款桌面型空气声通信软件，并搭建仿真验证平台完成通信算法及协议的验证工作。

2.2 拟采用的技术方案及措施

水声通信是一种应用于水下的、特殊的无信通信，不同于通过电缆或光纤传输的有缆通信，是一种借助于水声信道来传送信息的无线通信。水声通信不同于空气中借助于电磁波传输的无线通信，而是一种借助于声波传输的无线通信。目前，声波是海水中最为有效的传输介质，相对于电磁波、光波来说，声波在海水中的传播距离最远。在水声通信中，水声信道的传播特性对水声通信系统的效率和可靠性等都产生了强烈的影响，在设计通信系统之前，一定要考虑水声信道的传播损失、环境噪声、多径干扰、多普勒效应和时变特性等。水声通信的系统框图如下：(若图片无法加载请看附件)