線性調頻信號在水聲通信中的應用

煙臺大學文經學院 郭子源 梁書源

1 前言

水聲通信工程設備的發展進步有利于國家擴大海域探究開發規模，想要提升水聲通信質量，必然要使用高效精進的線性調頻信號和更加先進的理論支持。為使水聲通信在通信過程中提高精準度，獲得更優質的使用質量。這些年線性調頻信號的研究經過不斷發展，已初步取得了一些成就，在許多的水聲通信工程中已形成了優質的應用成效。

2 線性調頻信號在水聲通信中的應用意義

線性調頻信號在近幾年來，為水聲通信工程帶來了高效的技術支持，在海洋研究長效的開發利用中，必須重視線性調頻信號應用的意義內涵以及成效。

2.1 在海上軍事應用中的意義

海上軍事中，需要極高的通信要求，同時需要極強的隱蔽性和效率性。在水聲通信中應用線性調頻信號，能夠加強信息機密性，將被發現的風險降到最低。其隱蔽性能夠讓海軍在戰爭中獲得較好的通信效果。在水下戰斗時，提高了通信的媒介，讓軍事通信有較強的技術支撐，避免出現因水下通信困難而導致軍事活動受阻的情況發生。線性調頻信號能夠悄無聲息地利用通信信號技術，傳遞敵方的信息、位置，讓軍事能夠通信的范圍更大。

2.2 對海洋生物的意義

線性調頻信號在研究升級中，注重對海洋生物進行保護。如果在海洋中進行調頻通信傳播，往往對海洋生物的健康產生不利影響。嚴重時將導致大量的海洋生物死亡、失去聽覺，淪為獵物。因此線性調頻信號在研究中，極其注重防止和減少水中通信產生的聲波噪音對海洋生物的損害。盡量保護水生動物，減少人類行為對海洋生態的破壞，讓水中的信號傳播更加無害[1]。

2.3 對水聲通信設備升級的意義

在海洋中進行通信設備的建設往往是較大的工程，線性調頻信號技術在應用過程中，能夠控制遠程信號接收的范圍。能夠極大程度地減小設備的體積和零件需求，讓通信設備的設置更加隱蔽，讓通信算法更加簡潔，減少復雜工程帶來的隱蔽性的降低。遠程通信技術中線性調頻信號的研究能夠讓遙控指令隱蔽發射，加強抗噪性、防干擾性，這極大地優化升級了水聲通信設備，讓設備更加精細，節約安裝成本，同時小型設施也能增加抗風險能力，同時能夠擴大安裝范圍。

2.4 對水聲通信速率提升的意義

在海洋中進行水聲通信，往往要克服許多環境上的阻礙干擾，許多海洋生物以及海洋漂浮物給通信帶來了較大的不確定因素，水聲通信速率低等問題頻繁出現。線性調頻信號技術能夠利用更加精便的算法和信息解碼分析技術進行抗干擾措施和防止通信信息受到篡改。在各項通信監測中，利用良好的接收器進行信息傳遞，讓水聲通信速率不斷提升[2]。

3 線性調頻信號在水聲通信中的應用特點

隨著我國科學技術的完善進步，線性調頻信號技術已經廣泛應用在各個水聲通信工程中，以下是其在水聲通信中的幾點應用特點。

3.1 線性調頻信號隨時間做線性變化

M=B／T 是信號頻率發生變化時的斜率，M大于零時，就是正向線性調頻脈沖，信號中的順瞬時頻率增大。而M小于零時，就是反向線性調頻脈沖，信號中的順瞬時頻率降低。在這其中，T代表著信號持續的時間，B 代表著信號掃頻帶寬。線性調頻信號顧名思義就是隨時間變動而不斷地進行線性變化。調頻順瞬時頻率維持在1s，其頻率的變動范圍為0～200Hz。

3.2 線性調頻信號的調制解調特點

線性調頻信號在發射傳輸過程中，需要多個信息徑道，在接受信息后進行分析融合，再進行最終信息的獲得。但各個信息徑道的頻率不同，時間、范圍、效率會有所偏差，因此線性調頻信號的調制解調尤為重要。在實際過程中，我們可以將信號徑道進行LFM調制傳輸模擬，對信息偏差度和延遲率進行分析。對每個不同的信息進行標記，將信號能量進行完善記錄。在信息徑道發射過程中，將每個信息徑道收到的信號進行進一步的分解，記錄偏差時間頻率。了解延遲原因進行分析優化，多個信號的接受路徑不同，產生的中頻信號也不同，找出并過濾無用信息徑道，對其進行調制解調，減少偏差率，加強信號傳輸的穩定性，減少信號徑道相互的干擾問題。

3.3 提高通信功率以及帶寬效率

通信傳輸中，使用波形的調頻信號，能對雷達系統進行路徑完善，提高通信系統的效率。將帶寬功率的效率提高，利用好信號頻譜的資源，在提高效率的同時獲得更高的信號能量，降低信息接收中的錯誤率。提高帶寬效率便是提高傳輸中的比特速率，能夠增強信號的信噪比，降低誤碼率。將線性調頻信號實現水中通信一體化，讓信號信息的發射更加集中、有效。加上對通信系統的技術優化，能夠極大地提升水中通信的發展[3]。

3.4 解決碼間串擾問題，獲得通信的穩定性

水中的信號傳播效率往往較低，延遲率較高。各項信號整合工程較大。因此通過線性調頻信號中的頻率進行過濾，獲得水中的真實信號，捕獲信息的傳播，這能夠有效解決信號碼間串擾問題，讓信號的防干擾性大大提升，水中通信系統也在無效信號的過濾中，提高了運行的穩定性，使得信號的延遲率降低，獲得優質的通信效益。

3.5 M 元LFM 通信技術的應用特點

M元LFM通信技術能夠對LFM 信號的函數特點進行利用調制，將信號進行乘積和信號衰落性監測，能夠將掃頻帶寬進行頻率的分析，降低信號徑道在信號發射后的衰落比，降低LFM信號的敏感度，讓信號徑道過多的問題不再影響線性調頻信號的傳播接收，利用MFSK 系統，讓數據更具有加密性和抗干擾性。在路徑傳播途中，利用M個相關性低的調頻信號，加入一項噪音技術，讓多個信號徑道互相識別，防止交叉干擾。讓數據傳播過程中出錯率大大降低，水中通信傳播的效率更高[4]。

4 結語

在海洋活動的各項項目建設過程中，先進的線性調頻信號技術正被廣泛應用在水聲通信管理中，其為海洋中各項人類活動帶來了更高的經濟效益和通信效率。時至今日，水聲通信各項智能高新技術仍然在不停地優化完善。必須跟上海洋工程通信建設發展的步伐，通過線性調頻信號理論與先進通信設備的結合，將水聲通信技術水平不斷優化，讓其在海洋活動中發揮更大的功能。