航海中水聲通信技術運用分析

摘要：較為常見的航海通信技術包括探測聲吶、導航聲吶、定位聲吶、激光通信、水聲通信等，本文主要以水聲通信技術為例，介紹了水聲信道基本特征、技術的應用方式選擇以及在母船與多水下平臺溝通中這一技術的應用，以期通過推動水聲通信技術高效發展的方式，為海洋世界深入探索提供支持，希望能夠給讀者帶來啟發。

關鍵詞：水聲通信技術；基本特征；多雷協同制導

在信息傳輸過程中，聲波是人們較為常用的信息載體，水聲通信技術則是在水下移動體與固定體或者移動體與移動體間，通過聲波完成信息傳輸的一種通信技術。現階段，人們海洋探索次數日漸增加，為更好地滿足人們對航洋信息調查分析的需要，水聲通信技術得到了人們的廣泛關注。

聲波是目前已知的，在水中傳輸信息衰減最小的一種波動形勢，在水下信息傳輸、水下情況探測等領域，聲波因具有穩定性與可靠性較高的特點，得到了人們的廣泛應用，而水聲通信技術則是其中極為常見的一種以聲波為載體的水下信息傳遞方式。據調查分析可以了解到，在海面附近，聲波的典型傳播速率為150m/s，比電磁波的速率小了5個數量級，這種情況的存在使得在海水中聲波的傳播衰減比電磁波要小很多。同時，在水聲通信技術的實際應用過程中，可以了解到這一技術有著多徑效應嚴重、環境噪聲影響大、通信速率低等物理特性。舉例來說，多徑效應嚴重指的是聲波在水中傳遞信息的過程中，若水深比傳輸距離小，同一波束內的不同路徑的聲波，將會因路徑長短的不同，在不同時間傳輸到信號接收方，在此過程中，受不同路徑傳播的信號能量存在一定差異的影響，導致信號的展寬、波形碼等信息的穩定性下降。

自21世紀以來，為進一步提高水聲通信技術的實用性，相關工作人員計算機設備與信號處理算法，對這一技術進行了深入的研究，不僅使得水聲通信技術通信的可靠性有所提升，在應用過程中，能夠更好地克服克服水聲通道多途衰落，還能進一步提高水聲通訊的速率，更好地滿足當前人們對多樣化數據高速率傳輸的需要。

在水聲通信技術的研究應用過程中，單載波調制水聲通信技術、多載波調制水聲通信技術與通信編碼技術均得到了廣泛的應用。具體來說，首先，由于單載波系統在設計過程中，更夠更快地實現自適應信道的均衡，因此，被廣泛應用于信道較為復雜，并且時變效應較為嚴重的環境中；其次，由于多載波系統本身自帶部分對信道多途的抵抗力，并且具備均衡算法較為簡單的優點，因此，可以被應用于信道較為穩定并且數據率要求相對較高的中近程信息傳輸過程中；再次，隨著各類信道編碼技術的不斷涌現，將單載波或多載波系統與信道編碼技術相結合，切實提高水聲通信技術的可靠性，已成為當前推動水聲通信技術穩定發展的有效方式之一，在這一技術的應用過程中，編碼的主要作用在于，用冗余的方式，完成信息的傳輸，即通過利用不同子頻帶實現信息的發送或者通過。需要注意的是，盡管將編碼技術與水聲技術中的單載波或多載波技術進行結合，可以有效提升信號輸出工作的潛力，但這一潛力的實現往往需要較為復雜的信號處理方法，以便對水聲信號傳輸過程中的多徑干擾、異步到達干擾等問題進行處理，現階段，較為常用的檢測信號干擾檢測方式為連續干擾抵消（SIC），這一技術是一種性能與復雜度都較為均衡的檢測方法，并且技術的應用可以在檢測過程中，可以從接收信號中，集中將已經檢測到的信號去除，減少后續信號檢測工作的難度，因此，信號的檢測順序與SIC的檢測結果間存在直接的聯系，尋找合適的信號檢測方法，成為提升信號檢測即傳輸質量的必要工作之一。最后，考慮到水聲通信環境較為復雜，為避免因聲傳播損失、海水吸收損失等因素造成的水聲信道穩定性降低，則需要盡量提高水聲通信的帶寬效率、對多途效應進行抑制、對多普勒移頻加以補償，保證水聲通信可以實現遠距離的信息穩定傳輸。在實際選擇水聲信道技術的過程中，應當在明確水聲信道條件的基礎上，依據人們對水聲信道信息傳輸的具體要求，合理選擇水聲信道技術方式，切實保證信息傳輸過程中，技術應用的抗噪聲性、設備復雜程度等情況，能夠切實滿足信號傳輸人員對技術的預期目標[1]。

在實際工作過程中，衡量水聲通信質量的指標主要為水聲通信的誤碼率與數據率指標，但在水聲通信系統設計過程中地誤碼率與搞數據率無法兼得，此時為切實保證水聲通信的質量，主要是指在盡可能保證數據率能夠滿足信號傳輸需要的基礎上，降低數據傳輸的誤碼率。由于在信號傳輸過程中，不同的傳輸信號對水聲通信系統的性能指標有著不同的設計需要，因此，在系統設計過程中，應在明確水聲通信技術的發展水平、實際工作場所的需要等因素的基礎上，設計科學合理的水聲信道系統。同時，可以采用本身具有避免多條效應出現的調制技術，避免多途效應對信號正產傳輸所產生的不利影響，在應用這一技術時，信號體制可以選用非相干或差分相干進行解調操作，避免因信道本身或接收器、發送器的運動，導致相位穩定性的降低，此外，為更好地解決和對抗多途效應，可以使用擴頻技術，降低多途效應產生的影響。

近年來，在海洋開發過程中，無人水下航行器、自主式水下航行器等平臺所承擔的工作任務數量與復雜度不斷提升，在這種情況下，為滿足對水下平臺工作情況的有效管控，水面母船與多平臺聯合作業情況的出現概率越來越多。現階段，為更好地保證母船與水下平臺之間溝通的順利性，提升水下平臺工作的有效性，切實滿足水下平臺的作業需要，在實際工作過程中，可以通過將融合的單陣元時間翻轉鏡技術的多平臺水聲通信，應用到母船與平臺溝通工作中的方式，進一步提升通信工作的可靠性。具體來說，時間翻轉鏡技術在實際應用過程中，可以實現聲信道特性的自適應匹配并且并不需要先驗知識，相較于主動式時間翻轉鏡技術在使用過程中，陣元功能的實現需要收發合置與雙向傳輸，這種較為繁瑣的工作方式，被動式時間翻轉鏡技術只需要平臺具備信息接收功能，就可以實現母船向平臺的信息單向傳輸，同時，這種單陣元的設置方式，有效降低了信息傳輸系統的復雜性，可以滿足當前平臺信息接收對于水聲通信節點結構簡單、功耗較低的要求。同時，在母船與水下平臺進行水生信道信息傳輸的過程中，被動式時間翻轉鏡技術的應用可以使得位于不同水平、垂直位置以及不同水下環境的平臺，都能夠與主節點間有著關聯性較弱的信道沖擊響應，這種情況的出現，使得母船在向作業平臺傳輸信息時，可以通過時間翻轉鏡聚焦期望屏蔽其他用戶的干擾，實現母船信號的有效接收，即在實際工作過程中利用水聲通道的特性，母船可以借助時間翻轉鏡技術實現空分多址。并且通過事件研究可以發現，在母船移動的過程中，時間翻轉鏡技術在水下通信過程中仍有著良好的聚焦特性，這種情況的出現為多平臺移動水聲通信工作的開展提供了有效的保障。

總而言之，在當前的社會發展過程中，人類征服了天空，卻尚未征服海洋，但受人們對海洋世界認知的不斷深入以及海洋開發利用需要越發迫切的影響，在航海過程中，合理應用水聲通信技術，成為了一項極為必要的工作。

參考文獻

[1]王海斌，汪俊，臺玉朋，等.水聲通信技術研究進展與技術水平現狀[J].信號處理，2019，35（9）：1441-1449.

[2]岳玲，樊書宏，馮西安.魚雷協同制導對水聲通信能力的需求分析[J].水下無人系統學報，2018，26（5）：427-432.

（作者簡介：蘭海濤，航海技術，通信技術方向，工作單位：中國海警局直屬第四局）