现代水声通信第四讲
水声通信技术在军事领域的应用
水声通信技术在军事领域的应用随着科技的发展，人们对于信息传输的需求不断增加，而军事领域又是全球政治和经济格局的重要组成部分，因此军事常常是推动技术发展的重要推手之一。
在传统意义上，人们更多地关注于卫星通信、无线电通信等技术，而对于水声通信技术的认识相对较少。
事实上，水声通信技术在军事领域的应用已经十分广泛。
一、水声通信技术的基本原理和特点水声通信是利用水中介质从一点传输到另一点的通信模式。
与其他传输介质相比，水声通信具有以下基本特点：1. 传输距离远，信号损失小。
水的介电常数与电磁波的波长相当，可以抵消它的衰减，使其在水中传播的损耗大大降低，因此，水声信号可以传输到几十千米乃至数百千米。
2. 传输带宽窄。
水声通信的频宽较窄，且受水介质影响较大，灵敏度较低，因此需要在接收端提高灵敏度，增加信号处理能力。
3. 抗干扰能力强。
水中的环境决定其具有很强抗干扰能力。
尽管水中存在声音反射和水体流动等干扰因素，但与电磁波的干扰相比，水声信号的稳定性和抗干扰能力较强。
二、军事领域的通信需求十分复杂，包括长距离通讯、深海侦察、水下导航、水下传输、水下作战等多个方面。
而水声通信技术恰恰可以满足这些需求，因此在军事领域得到极为广泛的应用。
1. 水下侦察及搜救作业。
水声图像、水声立体测绘等水声技术广泛应用于水下侦察、搜救作业等领域。
例如，军方可以利用水声声纳技术进行海底环境探测，寻找人员失踪的下落点，协助搜救。
2. 水下作战。
水声通信技术在水下作战和水面作战中起着极为重要的作用。
例如，当军方在远离陆地的深海或附近海域进行作战时，水声通信就成为了他们进行通讯的唯一方式。
水声通信可以保证信号的安全性和可靠性，而且过程中几乎不会被干扰。
3. 水下导航。
军事领域的水下导航十分重要，例如潜艇需要在水下通过导航定位自身，才能进行繁重的作战任务。
水声通信技术的高频带宽可以实时更新潜艇的定位和运动状态，支持复杂多变的长途导航任务。
4. 水下通信。
现代水声通信技术发展探讨
现代水声通信技术发展探讨近年来，随着各种新技术的层出不穷，对我国各行业的发展建设都起到了重要推进作用。
尤其是在通信技术方面水声技术的发展也越来越成熟，国内外对其研究也越来越重视。
目前水声通信主要有以下几种方式，如OFDM、扩频以及其他方式等都是比较常见的，且随着信息技术的不断创新与发展，利用网络技术进行无线电水声通信的研发已经进入比较成熟的阶段，对于实现海洋全方位监测有着不可忽视的重要影响，下面文章就其现代水声通信技术的发展现状进行详细地分析与阐述，希望可以为相关人员提供一定的参考。
标签：水声通信；相干通信；非相干通信Abstract：In recent years，with the endless emergence of various new technologies，it has played an important role in promoting the development and construction of various industries in China. Especially in communication technology，the development of underwater acoustic technology is becoming more and more mature，and more attention has been paid to the research of underwater acoustic technology at home and abroad. At present，underwater acoustic communication mainly has the following several ways，such as OFDM，spread spectrum and other methods are relatively common，and with the continuous innovation and development of information technology，The research and development of radio underwater acoustic communication using network technology has entered a relatively mature stage，which has an important impact on the realization of marine all-directional monitoring. The following article carries on the detailed analysis and the elaboration to its modern underwater acoustic communication technology development present situation，in order to provide the certain reference for the related personnel.Keywords：underwater acoustic communication；coherent communication；incoherent communication1 水聲通信技术的发展早在欧美发达国家就已经将水声通信技术应用于军事和民用两方面，甚至随着计算机技术的发展，在国外一些机构组织研究中已经将计算机技术彻底融入至水声通信技术中并形成了水声通信网络化。
水声通信组网技术第一讲 水下信息网络概论
慢
长 容易 低
快
短 困难 高
2016/3/14
第一讲 序论
23
1.无线通信网络概述
Ad Hoc网络与现有无线网络的区别
网络类型 现有无线网络 物理层和链路层 基站和有线骨干网 Ad Hoc网络 协议的所有层 无线节点和无线骨干 网
比较的内容
研究重点 中继设备
中继节点的特点
基站有多部收发信机， 无线节点通常只有一 全双工方式通信，有 部收发信机，半双工 专用硬件，易于实现 方式工作，不易实现 全网同步 全网同步 有基站集中负责，无 由无线节点本身负责， 线节点必须先与基站 通常采用分布式方式 通信，再通过基站与 目的节点通信
1.无线通信网络概述
举例1：蜂窝移动通信系统 ----WLAN
• WLAN
– 移动节点配备无线网网卡 – 移动节点通过接入点与固定网络连接 – WLAN工作在链路层，对网络层透明
• 对网络层来说WLAN是一个单跳网络
2016/3/14 第一讲 序论 14
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络 • 移动Ad hoc网络/多跳无线网络 • 由一组带有无线通信收发装置的移动终端 节点组成 • 网络中每个终端可以自由移动、地位相等 • 是一个多跳、临时、无中心网络 • 不需要现有信息基础网络设施的支持 • 可以在任何时候、任何地点快速构建 ad hoc:for the specific purpose only
2016/3/14 第一讲 序论 15
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络
转发结点
转发结点
转发结点 B
C 自组网络 A
D E
目的结点
F
源结点
现代水声通信技术的发展及应用
展， 水声通信 技术 也因此得到 了迅速 的发展 ， 一代 的水声 新
通信系统也开始 采用数字调制技术 。 采用数字 技术 的重要性
式， 所以海洋中检测、 通信 、 定位和导航主要利 用声 波。声波
且前水 中信息传输的主要载体。因此， 人们对水下通信 的 究主要集 中在对水声通信的研 究之上 。
Ｋ ｙ ｒ ｓ Ｕ ｄ ｒ ａ ｅ ｃ ｕ ｔ ｃ Ｃ ｍ ｕ ｉ ａ ｉ ｎ Ａ ｏ ｓ ｉ ｈ ｎ ｅ ｅ ｗｏ ｄ ： ｎ ｅ ｗ ｔ ｒ Ａ ｏ ｓ ｉ ｏ ｍ ｎ ｃ ｔ ｏ ｓ； ｃ ｕ ｔ ｃ Ｃ ａ ｎ １
） 引言
通信技术 的发展主要集 中在空间通信上 。近年来， 由于 军事和海洋开 发的要求， 们开始越来越 重视水 下通信 系统 人
一
随着用于空 间无线 电衰落信道 技术 的发展， 声通信的 水 下一代 系统对数字编码 的数据 采用了频移键控 （ Ｋ调制方 Ｆ ） Ｓ 式 。作为一种 能量检测 （ 非相干） 而不 是相 位检 测 （ 相干） 算
￣ ｄ ｏｗ ａｙｓ， ｍｐ ｅｓ ｃｏ ａｒ ｔｈ ｃ ａｒ ｔｅ ｓｔ ｃ ｅ ｈ ａｃ ｒｉ ｉ ｏ ｕｎ ｅｒ ａｔ ｃ ｍ ｆ ｄ ｗ ｅｒ ｏ ｍｕｎｉ ｔｉ ｓ ｓｔ ｃａ ｏｎ ｙ ｅｍ， ｄ ａｎ ａ ｎｔｉ ｐ ｅｓ ｃｉ ａｔ ｔｈ ｄ ｅ ｅｖｅ Ｏｐ ｎｔｓ ｌ ｍａ ｏｆ Ｊ ｅｒ ｎｄ ａｔｅ ａ ｕｓ ｃ ｏ ｒ ｃｏ ｔｉ ｃ ｍｍｕ ｃ ｉｏ ｓ． ｎｉ ａｔ ｎ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在于， 首先， 它可 以利用 纠错 编码技术来提 高数 据传输 的可
靠性 ； 其次， 它能够对在 时域 （ 多途） 和频域 （ 多普勒 扩展 ） 上的信道畸变进行各种补偿 。随着处理器 技术的提高 ， 各种
水声通信
水声通信水声通信是一项在水下收发信息的技术。
它的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息经过编码、调制处理后，由功率放大器推动声学换能器将电信号转换为声信号。
声信号通过水这一介质，将信息传递到远方的接收换能器，这时声信号又转换为电信号，经过放大、滤波和数字化后，数字信号处理器对信号进行自适应均衡、纠错等处理，还原成声音、文字及图片。
特点：声波通信是水下远程无线信息传输的唯一有效和成熟的手段。
声波是水中信息的主要载体，广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。
声波属于机械波（纵波），在水下传输的信号衰减小（其衰减率为电磁波的千分之一），传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里，适用于温度稳定的深水通信。
水介质与空气介质的特性不同，水声信道与空气中的无线电信道具有许多明显的差异。
水下声信道是时间散布快速衰落信道，具有多普勒不稳定性。
水声通信的衰耗因素较多，特别是在海水中传播，声传播损失不仅与频率有关，而且还受海水的盐度、温度、密度、深度以及传播距离等因素的影响，造成中远程水声信道带宽极其有限。
水中的声速计算公式可见下式：c=1449.2+4.6T-0.055T2+(1.34-0.010T)(S-35)+0.016D 其中：r是海水温度，s是盐度，D是深度。
海水中不均匀分布的声速剖面造成声线的弯曲，而声波的界面反射和随机散射又引起声波接收信号的多途效应。
在实现高速通信时，有限的信道带宽和信号的多途传输会引起严重的码间干扰，造成接收数据的严重误码。
同一声源发出的声波，在不同的海区或不同的季节，传播情况可能都不同。
从信道中的各种限制因素到时变、空变性，水声信道都远比无线电信道复杂。
举例：（一）我国厦门大学以许克平教授为首的这个课题组出色地完成了国家交给他们的863项目，已经成功解决了在10公里之内水下信号相互清晰的传递，他们这个系统已达到实用要求。
他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法，最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信，它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。
水声通信组网技术水下信息网络概论剖析
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
2020/6/1
第一讲 序论
18
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 网络拓扑动态变化
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
设 设 设备
备备 备 光
基
移
站
动
交
传 输 终
基 站
换 设 备
端 设 备
本地 网
通信 卫星
光再 生中继设 备 (光 放大器 )
长途 网 移动 网
地 球 站数 微字 波多 设路 备设
备 光 传 输 终 端 设 备
长市 途内 交交 换换 设设 备备
移
基
动
站
交Байду номын сангаас
换 设 备
基 站
本地 网
2020/6/1
图 通第信一讲网序构论 成示意图
具备移动通信网络和计算机网络的特点
• 无中心网络的自组性
• 网络拓扑动态变化
• 自动最佳路由选择的多跳组网方式
• 可扩展性好
• 有限的无线传输带宽
• 移动终端的自主性
• 安全性差
• 存在单向的无线信道
• 生存时间短
2020/6/1
第一讲 序论
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1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 无中心网络的自组性
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1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 方便扩展
水声通信技术的发展及特性分析
水声通信技术的发展及特性分析水声通信技术是一种利用水介质传输信息的通信技术。
它利用水的高传导性和低衰减特性，可以实现远距离的无线通信。
随着科技的不断发展，水声通信技术也取得了巨大的进展，并应用于海洋勘探、水下通信、海洋监测、水下无人机以及水下导航等领域。
水声通信技术发展的历程可以追溯到20世纪初，当时人们首次意识到水声可以用作信息传输的媒介。
在此基础上，人们开始研究水声信号的传输原理和技术，逐渐发展出了一系列水声通信设备和技术。
20世纪80年代以后，随着计算机和数字信号处理技术的不断发展，水声通信技术也进入了一个新的阶段。
目前，水声通信技术已经具备了高速率、高可靠性和高带宽的特点。
1.高传导性：水声通信技术利用水的高导电性和传导性，可以实现远距离的通信。
在水中的传输损耗相对较小，信号传输的损耗也较小，使得水声通信技术适用于远距离通信。
2.低频率：水声通信技术常常使用低频信号进行通信，通信频率一般在10Hz到100kHz之间。
低频信号传播损耗较小，传输距离较远，适用于海洋勘探和海洋监测等领域。
3.抗干扰性：水声通信技术在水环境中的抗干扰性较强。
由于水声信号的传播受到水体环境的影响比较大，其他类型的信号很难通过水传播，从而减小了干扰的可能性。
4.低带宽：水声通信技术的带宽相对较小，一般在几百到几千比特每秒之间。
由于水声信号的传播速度相对较慢，带宽受到限制，因此在传输大容量数据时存在一定的限制。
5.较高延时：水声通信技术的传播速度较慢，约为1500米/秒，相比于其他通信技术的传播速度较低，因此会产生较高的传输延时。
6.多径效应：在水声通信中，存在多径传播的现象，即信号会经过多个路径到达接收端，导致信号叠加和衰减。
这种多径效应对信号质量和通信性能有一定的影响。
水声通信技术的发展和特性使得它在海洋领域和水下通信领域具有重要的应用价值。
例如，在海洋勘探中，水声通信技术可以用于水下声纳、声呐和声学测深仪等设备，实现水下探测和定位。
水声通信教学大纲-浙江大学海洋学院
水声通信教学大纲课程名称：水声通信面向对象：研究生学分：1.5周学时：3一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介本课程从水声信道的物理特性出发，重点传授水声通信的基础理论，引导学生通过基础理论的数学推演反思物理含义，并通过理论和算法的Matlab编程实现加深对理论的理解和提升科研探索能力。
主要内容包括（1）讲述由水声的物理传播特性带来的水声通信的挑战以及和传统陆上电磁波无线通信的差异；（2）介绍水声的物理传播特性带来的水声信道数学模型；（3）推演基于水声信道数学模型的水声通信调制方式、信道估计、均衡和解码等理论与算法；（4）引导理解水声通信理论与算法背后的物理含义；（5）传授实现水声通信仿真与实验的基本Matlab编程。
（二）英文简介Based on the physical characteristics of underwater acoustic channels, this course focuses on the basic theories of underwater acoustic communications, guides students to reflect the physical meaning through the mathematical deduction of basic theories, and deepens their understanding of theories and exploration of scientific research through Matlab programming. The main contents are as follows: (1) Describe the challenges of underwater acoustic communications caused by the physical propagation characteristics of underwater acoustic and the differences from traditional land-based electromagnetic wave wireless communications; (2) Introduce mathematical underwater acoustic channel modelsbased on the physical propagation characteristics of underwater acoustics;(3) Deduce the theories and algorithms of underwater acoustic communications based on mathematical channel models, such as channel estimation, equalization and decoding; (4) Guide the students to understand of the physical meaning behind the theories and algorithms of underwater acoustic communications; (5) Realizebasic Matlab programming for underwater acoustic communication simulations and experiments.二、教学目标（一）学习目标通过选修本课程，使学生：（1）掌握水声通信的基本原理，了解与传统陆上电磁波无线通信的异同；（2）掌握水声信道的物理和数学模型，以及由此带来的水声通信基本调制解调理论；（3）掌握用于水声通信仿真和实验的基本Matlab编程，并以程序实现加深对理论的理解；（4）培养水声通信方向科研探索的兴趣，具备该方向初步科研能力。