201110水声换能器在水下探测应用中的发展

201110水声换能器在水下探测应用中的发展
201110水声换能器在水下探测应用中的发展

水声换能器在水下探测应用中的发展

郑乙

(海军装备部,山西侯马043003)

[摘要]水声换能器是利用声波对水下目标进行探测、识别以及定位或者进行水下通信和发报的主要工具。用来发射声波的换能器称为发射器。当换能器处于发射状态时,将电能转换成机械能,再转换成声能。目前利用压电材料设计的常规换能器阵元,尤其是低频换能器,由于其结构上的特点,使得体积与重量庞大,不仅使制造、使用与维修成本提高,而且对平台提出了特殊要求,并限制了组阵的规模和形式,从而约束了战术与技术指标。如何解决声基阵的组阵规模与组阵形式问题,如何将低频、高频声纳基阵的结构设计统一起来,并在新阵元结构的基础上,通过组合大规模共形基阵,提高声纳基阵的各项技术指标,无疑是发挥平台与水中兵器作战性能,提高我军水下作战能力的迫切需要。

[关键词]水声换能器;水下探测;应用;发展

1新型压电复合换能器

图3.1月芽式压电复合换能器阵元与阵元剖面图

图3.2钹式换能器阵元与阵元剖面图

月芽式压电复合换能器(如图3.1)和钹式压电复合换能器(如图

3.2)是当前国外重点研究的最具代表性的弯张换能器。这两种结构的

压电复合换能器由其金属端帽的形状而得名。月芽式结构的金属端帽腔

体为月芽式,而钹式结构的金属端帽腔体为翘钹式,腔体为空气,它们

都是通过金属与压电陶瓷复合制作而成。金属—压电陶瓷复合材料通过

板状、壳状和帽状金属与压电陶瓷复合,改变陶瓷内部的应力分布,从

而提高压电材料的性能。

其主要特点是设计简单、易于加工、成本低。月芽式压电复合换

能器和钹式压电复合换能器显现出良好的压电性能,这种结构通过帽状

金属与陶瓷介面的应力转换,改变陶瓷介面的应力分布,使复合材料的

纵向压电性能和横向压电性能产生加合作用,从而大大提高材料的压电

耦合性能d

h

。其中月芽结构复合材料的d h较压电陶瓷高10~20倍。帽

状结构可以较压电陶瓷提高30~40倍。月芽和帽状金属—压电陶瓷复

合材料与压电陶瓷的性能比较见表3.1。

表3.1金属—压电陶瓷复合材料的性能

2钹式换能器

图4.1钹式换能器阵元基本结构剖面图

图4.2钹式阵元陶瓷片的径向位移转化为金属帽厚度方向位移

阵元结构:阵元基本结构如图4.1,它是由两片冲压成钹状的金属

片与压电陶瓷片粘结成型,金属片材料可以为钛合金、黄铜、合金钢

等。利用钛合金作为金属片材料,可以使钹式阵元具有较大的抗水压性

能,对于阵元直径dp=10mm的钹式换能器可以承受600米水深时的

压力。但是钛合金材料较黄铜和合金钢材料昂贵,因此在不考虑水深使

用时,钛合金材料相对受限。黄铜与合金钢材料相比,当它们同时应用

于钹式阵元时,黄铜材料的钹式阵元具有更好的压电性能。压电陶瓷的

材料也主要包括PZT-4、PZT-8和PZT-5,钹式换能器作发射换能器

使用时,常用PZT-4和PZT-8压电陶瓷,作接收换能器使用时,常

用PZT-5压电陶瓷。工作原理:当在钹式阵元的两极施加电压时,压

电陶瓷会产生纵向和横向的振动,压电陶瓷的纵向振动,使得阵元的两

金属片直接产生纵向位移;压电陶瓷片的横向位移使得金属片发生径向

的压缩或扩张,由于钹式的特殊形状,这同样导致金属片顶端产生纵向

的位移,如图4.2。压电陶瓷纵向和径向位移都会使得金属端帽产生纵

向的位移,而且两种位移叠加后的结果,即为金属端帽的位移,从而产

生了金属端帽位移的放大。

3钹式压电换能器的特点及应用前景

3.1钹式压电换能器的特点

1)阵元体积小,静压压电系数高,易与水介质匹配,具有十分大

的带宽;其中利用凹型阵元设计、特殊静液压平衡设计,突破基阵的工

作深度限制。

2)为水下平台与水中兵器提供一类全面适用的声传感器与阵列,

该类声基阵体积小、重量轻、适用范围广,采用共形阵方式,布阵安装

灵活,对平台结构无要求。

3)由于新型钹式阵元小而轻的特点,可以将其进行大规模组阵,

获得较高灵敏度(FFVS)和较大的发射幅压响应(TVRS)。

4)用钹式阵元设计理论与专用软件,将各个频段(下转第60页)

(上接第58页)

的基阵结构统一为各种尺度的钹式结构,籍此可以优化、开发各个频段的声基阵,并且避免了不必要的繁琐试验,形成快速统一的新型钹式基阵设计开发方法。利用该方法,除了研制同类工作频率的产品,还将开发新的工作于不同频段的低频、高频阵元与基阵。

3.2应用前景

1)水下通信:由于钹式声纳换能器具有体积小、重量轻、易于布放、灵敏度高等特点,因此可以将钹式声纳阵元组成线列阵用于水下通信,或作为水下通信系统单元建立水下通信网路,实现水下大面积、长距离的通信,而且可以根据作战需要,即时改变水下布防位置,使水下通信快捷、灵活。

2)用于鱼雷制导:钹式声纳具有较高的接收灵敏度,可以将钹式声纳应用于被动式鱼雷,实现鱼雷的跟踪制导。

3)用于潜艇接收声纳:可以将钹式声纳阵元组成共性阵,布置在潜艇头部或侧面,起到侦查、定位等功能。

4)其他:可以作为拖曳声纳、水雷规避声纳、吊放声纳等。

作者简介:郑乙,1985年生,工作单位海军装备部,籍贯河南洛阳,研究方向为军品质量管理。[参考文献]

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[16]田坦,刘国枝,孙大军编著.声纳技术.第一版,哈尔滨工程大学出版社,2000.

全的,但还需核算基础的抗倾覆能力,等下文分析。

再看看单回路三根JKLYJ-10-1×120架空绝缘线,档距30m,弧垂比常规弧垂0.5米加大至1米时水泥杆的抗弯强度是否满足。此条件下的水平拉力为1819N。以12米水泥杆为例,一般埋深为2米,则离顶部10米处的水平弯矩为1819×10=18.19KN×M。如果碰到大风大雪,敷冰天气,所承受的弯矩将大大超过此数值,因此取安全系数2。即18.19×2=36.38KN×M。最常用的12米水泥杆C类J级的抗弯矩强度为34.12KN×M。36.38略大于34.12,说明,单回路三根JK-LYJ-10-1×120架空绝缘线,即使档距只有30米,弧垂比常规0.5米大的多,加大到1米情况下,水泥杆在碰到大风大雪,敷冰天气下,仍有危险。有些施工单位,以随便想想的态度,120线径50米档距下,不打拉线没有问题的想法是非常危险的,必须立即改正。

3水泥杆基础抗倾覆能力核算

水泥杆除了需核算抗弯矩强度,即核算水泥杆是否有断杆危险。还需核算水泥杆的基础抗倾覆能力,即埋入地下部分的水泥杆,是否有足够的力防止电杆倾斜甚至倒杆。

单回路常用水泥杆为12米杆,以12米杆为例,12米杆底部梢径约300m m,埋深以2米计,与泥土的垂直方向面积为0.3×2=0.6m2。坚土情况下,抗倾覆力为62.7×0.6=37.62KN;可塑土情况下,抗倾覆力为48×0.6=28.8KN,软土情况下,抗倾覆力为25.2×0.6=15.12 KN。因埋深为2米,因此抗倾覆力的平均力矩为1米,即抗倾覆力矩在三种土质下,分别为37.62KN×M,28.8KN×M,15.12KN×M。最常用的12米水泥杆C类J级的抗弯矩为34.12KN×M。37.62大于34.12,因此在坚土情况下,不打拉线,只要经过电杆抗弯矩核算,抗倾覆能力也就没有问题了。在可塑土情况下及软土情况下,经过电杆抗弯矩核算后,还需核算抗倾覆能力,在抗倾覆能力不能达到要求下,可通过加装卡盘来解决。

土压力系数m(KN/m3)

4结语

综上所述,小容量用户杆变工程,单回路小线径架空绝缘线,水泥杆承受单方向的水平拉力,在确实无法打拉线情况下,可通过技术处理,免除拉线。技术处理方法为减小档距,增加弧垂,加强基础强度。具体如何通过计算作技术处理,读者可参考前文所述。经过严格的水泥杆抗弯矩强度核算和水泥杆基础抗倾覆能力核算后,水泥杆可不打拉线。但很多施工队和设计人员,不经安全核算,就盲目的取消拉线,确实是非常危险的。

作者简介:周骁,男,1979年生,单位温州电力局,现在职称工程师。

[参考文献]

[1]国家电网公司.国家电网公司输变电工程典型设计配电分册[规范].中国, 2006.

移动通信技术1G~4G发展史

第1章移动通信现状问题与基本解决方法 1.1移动通信1G—4G简述 现在,人们普遍认为1897年是人类移动通信的元年。这一年意大利人.马可尼在相距18海里的固定站与拖船之间完成了一项无线电通信实验,实现了在英吉利海峡行驶的船只之间保持持续的通信,从而标志着移动通信的诞生,也由此揭开了世界移动通信辉煌发展的序幕错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。 现代意义上的移动通信系统起源于20世纪20年代,距今已有90余年的历史。本文主要简述移动通信技术从1G到4G的发展。移动通信大发展的原因,除了用户需求的迅猛增加这一主要推动力外,还有技术进展所提供的条件,如微电子技术的发展、移动通信小区制的形成、大规模集成电路的发展、计算机技术的发展、通信网络技术的发展、通信调制编码技术的发展等。1.1.1第一代移动通信系统(1G) 20世纪70年代中期至80年代中期是第一代蜂窝网络移动通信系统发展阶段。第一代蜂窝网络移动通信系统(1G)是基于模拟传输的,其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网,直接使用模拟语音调制技术,传输速率约s错误!未找到引用源。。 1978年底,美国贝尔实验室成功研制了先进移动电话系统(Advanced Mobile Phone System, AMPS),建成了蜂窝状移动通信网,这是第一种真正意义上的具有随时随地通信的大容量的蜂窝状移动通信系统。蜂窝状移动通信系统是基于带宽或干扰受限,它通过小区分裂,有效地控制干扰,在相隔一定距离的基站,重复使用相同的频率,从而实现频率复用,大大提高了频谱的利用率,有效地提高了系统的容量错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。

水声通信技术研究进展及应用

水声通信技术研究进展及应用 摘要:水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,由于其在民用和军事上都有重大意义,水声通信的研究一直是国内外研究的热点。文章介绍了水声 通信的历史,分析了水声通信发展的关键技术,讨论了水声信道的特点、系统组 成和国内外的发展现状。最后对未来的水声通信技术作了预测。 关键词:水声通信,通信信道,声纳,正交频分复用,声纳信号处理 1 引言 当今世界已进入了飞速发展的信息时代,通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行业。陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和移动通信网日臻完善,而海中通信的发展刚刚崭露头角。有缆方式的信息传输由于目标活动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动(如正常航运)可能存在影响等缺点,极大地限制了它在海洋环境中的应用。另外由于在浑浊、含盐的海水中,光波、电磁波的传播衰减都非常大,即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km,因而它们在海水中的传播距离十分有限,远不能满足人类海洋活动的需要。在非常低的频率(200Hz以下),声波在海洋中却能传播几百公里,即使20 Hz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km,因此水下通信一般都使用声波来进行通信。而在这个频率范围内,声波在水中(包括海水)的衰减与频率的平方成正比,声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。 海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道,这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和信号处理等多种学科和技术的知识,现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点之一。另外,海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域,因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。 2 水声通信的历史 水声通信的历史可以追溯到1914年,在这一年水声电报系统研制成功可以看作是水下无线通信的雏形。世界上第一个具有实际意义的水声通信系统是美国海军水声实验室于1945年研制的水下电话,该系统使用单边带调制技术,载波频率8。33kHz,主要用干潜艇之间

光纤通信技术发展历程、特点及现状

光纤通信技术发展历程、特点及现状

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学号:20085044013 本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业电子科学与技术 年级2008级 姓名王震 论文题目光纤通信技术发展历程、特点及现状 指导教师张新伟职称讲师 成绩

2012年1月10日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 绪论 (1) 1光纤通信发展历程 (1) 1.1 世界光纤通信发展史 (1) 1.2 中国光纤通信发展史 (2) 2 光纤通信技术的特点 (3) 2.1 频带极宽,通信容量大 (3) 2.2 损耗低,中继距离长 (3) 2.3 抗电磁干扰能力强 (3) 2.4 无串音干扰,保密性好 (3) 3 不断发展的光纤通信技术 (3) 3.1 SDH系统 (3) 3.2 不断增加的信道容量 (3) 3.3 光纤传输距离 (4) 3.4 向城域网发展 (4) 3.5 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 (4) 4 结束语 (4) 参考文献 (4)

光纤通信技术发展历程、特点及现状 摘要:光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。光纤通信是以其传输频带宽、通信容量大、中继距离长、损耗低特点,并具有抗电磁干扰能力强,保密性好的优势,光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术正朝着超大容量、超长距离传输和交换、全光网络方向发展。 关键词:光纤通信;发展历程;特点;发展现状 绪论 光纤通信技术已成为现代通信的主要通信方式,在现代信息网中起着非常重要的作用,随着信息技术的发展,大容量光纤通信网络的建设,光电子技术将起到越来越重要的作用。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。有专家预测,21世纪将是“光子世纪”,十年内,光子产业可能会全面取代传统电子工业,成为本世纪最大的产业。光纤通信又进入了一个蓬勃发展的新时期,而这一次发展将涉及信息产业的各个领域,其范围更广,技术更新,难度更大,动力更强,无疑将对21世纪信息产业的发展和社会进步产生巨大影响。 1 光纤通信发展历程 1.1 世界光纤通信发展史 光纤的发明,引起了通信技术的一场革命,是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。 1966年出生在中国上海的英籍华人高锟,发表论文《光频介质纤维表面波导》,提出用石英玻璃纤维(光纤)传送光信号来进行通信,可实现长距离、大容量通信。于1970年损失为20db/km的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元,得到30米光纤样品,认为非常值得。这一突破,引起整个通信界的震动,世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。1976年,美国贝尔实验室在亚特

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 communication 1 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。水声技术作为海洋开发的重要技术之一,对于海洋的研究及开发有着不可忽视的重要影响。利用水声通信技术可以有效对海底各种信息的传输及数据进行精准分析,对于海洋资源的开发及运用都起到了很重要的影响。通过水声通信技术可以有规律的了解到海洋的全天候的变化和信息资料的收集,作为海洋系统之一水声通信技术的建立和水声通信网络的完善,可以为不同海洋开发客户资源提供全面的检测。甚至能够精准测出环境对海洋资源的影响和自然灾害的发生。在我国在水声通信网络计划方面还处于初级研究阶段,相信在不久的将来,同样可以结合各种先进技术,建立完善的水声通信

现代通信技术的历史

现代通信技术的历史 所谓通信,最简单的理解,也是最基本的理解,就是人与人沟通的方法。无论是现在的电话,还是网络,解决的最基本的问题,实际还是人与人的沟通。现代通信技术,就是随着科技的不断发展,如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式,让人与人的沟通变得更为便捷,有效。这是一门系统的学科,目前炙手可热的3G就是其中的重要课题。 通信技术和通信产业20世纪80年代以来发展最快的领域之一。不论是在国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说,通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信,用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信,快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信,国际上称为远程通信。 纵观同新的发展分为以下三个阶段:第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段,通信方式简单,内容单一。第二阶段是电通信阶段。1937年,莫尔斯发明电报机,并设计莫尔斯电报码。1876年,贝尔发明电话机。这样,利用电磁波不仅可以传输文字,还可以传输语音,由此大大加快了通信的发展进程。1895年,马可尼发明无线电设备,从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看,通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施,而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。 而现代的主要通信技术有数字通信技术,程控交换技术,信息传输技术,通信网络技术,数据通信与数据网,ISDN与ATM技术,宽带IP技术,接入网与接入技术。 数字通信即传输数字信号的通信,,是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的心愿编码成为数字信号,终端发出的数字信号,经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号,然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上,在传输到对段,经过相反的变换最终传送到信宿。数字通信以其抗干扰能力强,便于存储,处理和交换等特点,已经成为现代通信网中的最主要的通信技术基础,广泛应用于现代通信网的各种通信系统。 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换。程控交换最初是由电话交换技术发展而来,由当初电话交换的人工转接,自动转接和电子转接发展到现在的程控转接技术,到后来,由于通信业务范围的不断扩大,交换的技术已经不仅仅用于电话交换,还能实现传真,数据,图像通信等交换。程控数字交换机处理速度快,体积小,容量大,灵活性强,服务功能多,便于改变交换机功能,便于建设智能网,向用户提供更多,更方便的电话服务。随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移,交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分株的数据交换和宽带交换,以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。 信息传输技术主要包括光纤通信,数字微波通信,卫星通信,移动通信以及图像通信。 光纤是以光波为载频,以光导纤维为传输介质的一种通信方式,其主要特点是频带宽,比常用微波频率高104~105倍;损耗低,中继距离长;具有抗电磁干扰能力;线经细,重量轻;还有耐腐蚀,不怕高温等优点。 数字微波中继通信是指利用波长为1m~1mm范围内的电磁波通过中继站传输信号的一种通信方式。其主要特点为信号可以"再生";便于数字程控交换机的连接;便于采用大规模集成电路;保密性好;数字微波系统占用频带较宽等的优点,因此,虽然数字微波通信只有二十多年的历史,却与光纤通信,卫星通信一起被国际公认为最有发展前途的三大传输手段。 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作中继站而进行的通信。其主要特点是:通信距离远,而投资费用和通信距离无关;工作频带宽,通信容量大,适用于多种业务的传输;通信线路稳定可靠;通信质量高等优点。

水声探测技术简介

水声探测技术简介 随着海洋开发的日益深入,用于水下探测的相关技术越来越受到人们的重视。水声探测的关键技术有水声换能器和信号处理。 水声遥控系统框架、应用情况,发展情况近年来,由于军事和海洋开发的要求,人们开始越来越重视水下通信系统的研究与开发。由于电磁波在水中传播时衰减严重。而声波是人类迄今为止已知的唯一能在水中远距离传播的能量形式,所以海洋中检测、通信、定位和导航主要利用声波。 水声换能器 水声换能器是把声能和电能进行相互转换器件。在声纳中的地位类似于无线电设备中天线,是在海水中发射和接收声波的声学系统。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。有些声纳用同一只换能器来发射和接收音拐—些则使用分开的发射器和水听器。通常按换能器的机理把水声换能器分为5类。 动圈换能器载有信号电流的环形线圈在磁铁的环形缝隙中的恒定磁场里运动,线圈的运动传到与外壳相连的膜片上向外部介质辐射声波这种换能器被广泛用作水下宽带校准声源。 静电换能器当在—个介电媒质分开的表面充以不同电荷时,将互相吸引而产生力,当电荷变化使力改变时,可以使与它相连的膜片运动从而向外辐射声波,静电换能器在空气中有广泛应用,如电容传声器。但在水声中应用很少。 可变磁阻换能器它是静电换能器的磁学类比改变通电线圈中的电流引起磁 板面间缝隙中力的变化产生膜片的振动从而幅射声波。 磁致伸缩换能器它最适合于在声阻抗较高的介质如海水中工作,在水声中广泛应用。 压电换能器它可以由真正的压电材料如石英,也可以是由已极化的电致伸缩材料制成,如特种陶瓷,目前用的较多的是钦酸钡错。 信号处理 随着信号处理技术的迅速发展,特别是以数字信号处理器及其相关算法为技术支撑的数字滤波技术的出现,使得信号滤波处理的性能得到了大幅度的提高。在水声信号处理器的研制中,采用厂针对性的自适应滤波模块,应用现代数字信

201110水声换能器在水下探测应用中的发展

水声换能器在水下探测应用中的发展 郑乙 (海军装备部,山西侯马043003) [摘要]水声换能器是利用声波对水下目标进行探测、识别以及定位或者进行水下通信和发报的主要工具。用来发射声波的换能器称为发射器。当换能器处于发射状态时,将电能转换成机械能,再转换成声能。目前利用压电材料设计的常规换能器阵元,尤其是低频换能器,由于其结构上的特点,使得体积与重量庞大,不仅使制造、使用与维修成本提高,而且对平台提出了特殊要求,并限制了组阵的规模和形式,从而约束了战术与技术指标。如何解决声基阵的组阵规模与组阵形式问题,如何将低频、高频声纳基阵的结构设计统一起来,并在新阵元结构的基础上,通过组合大规模共形基阵,提高声纳基阵的各项技术指标,无疑是发挥平台与水中兵器作战性能,提高我军水下作战能力的迫切需要。 [关键词]水声换能器;水下探测;应用;发展 1新型压电复合换能器 图3.1月芽式压电复合换能器阵元与阵元剖面图 图3.2钹式换能器阵元与阵元剖面图 月芽式压电复合换能器(如图3.1)和钹式压电复合换能器(如图 3.2)是当前国外重点研究的最具代表性的弯张换能器。这两种结构的 压电复合换能器由其金属端帽的形状而得名。月芽式结构的金属端帽腔 体为月芽式,而钹式结构的金属端帽腔体为翘钹式,腔体为空气,它们 都是通过金属与压电陶瓷复合制作而成。金属—压电陶瓷复合材料通过 板状、壳状和帽状金属与压电陶瓷复合,改变陶瓷内部的应力分布,从 而提高压电材料的性能。 其主要特点是设计简单、易于加工、成本低。月芽式压电复合换 能器和钹式压电复合换能器显现出良好的压电性能,这种结构通过帽状 金属与陶瓷介面的应力转换,改变陶瓷介面的应力分布,使复合材料的 纵向压电性能和横向压电性能产生加合作用,从而大大提高材料的压电 耦合性能d h 。其中月芽结构复合材料的d h较压电陶瓷高10~20倍。帽 状结构可以较压电陶瓷提高30~40倍。月芽和帽状金属—压电陶瓷复 合材料与压电陶瓷的性能比较见表3.1。 表3.1金属—压电陶瓷复合材料的性能 2钹式换能器 图4.1钹式换能器阵元基本结构剖面图 图4.2钹式阵元陶瓷片的径向位移转化为金属帽厚度方向位移 阵元结构:阵元基本结构如图4.1,它是由两片冲压成钹状的金属 片与压电陶瓷片粘结成型,金属片材料可以为钛合金、黄铜、合金钢 等。利用钛合金作为金属片材料,可以使钹式阵元具有较大的抗水压性 能,对于阵元直径dp=10mm的钹式换能器可以承受600米水深时的 压力。但是钛合金材料较黄铜和合金钢材料昂贵,因此在不考虑水深使 用时,钛合金材料相对受限。黄铜与合金钢材料相比,当它们同时应用 于钹式阵元时,黄铜材料的钹式阵元具有更好的压电性能。压电陶瓷的 材料也主要包括PZT-4、PZT-8和PZT-5,钹式换能器作发射换能器 使用时,常用PZT-4和PZT-8压电陶瓷,作接收换能器使用时,常 用PZT-5压电陶瓷。工作原理:当在钹式阵元的两极施加电压时,压 电陶瓷会产生纵向和横向的振动,压电陶瓷的纵向振动,使得阵元的两 金属片直接产生纵向位移;压电陶瓷片的横向位移使得金属片发生径向 的压缩或扩张,由于钹式的特殊形状,这同样导致金属片顶端产生纵向 的位移,如图4.2。压电陶瓷纵向和径向位移都会使得金属端帽产生纵 向的位移,而且两种位移叠加后的结果,即为金属端帽的位移,从而产 生了金属端帽位移的放大。 3钹式压电换能器的特点及应用前景 3.1钹式压电换能器的特点 1)阵元体积小,静压压电系数高,易与水介质匹配,具有十分大 的带宽;其中利用凹型阵元设计、特殊静液压平衡设计,突破基阵的工 作深度限制。 2)为水下平台与水中兵器提供一类全面适用的声传感器与阵列, 该类声基阵体积小、重量轻、适用范围广,采用共形阵方式,布阵安装 灵活,对平台结构无要求。 3)由于新型钹式阵元小而轻的特点,可以将其进行大规模组阵, 获得较高灵敏度(FFVS)和较大的发射幅压响应(TVRS)。 4)用钹式阵元设计理论与专用软件,将各个频段(下转第60页)

水声换能器的基础知识

水声换能器基础知识 地球表面积的71%是海洋,海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源,是人类今后生存和发展的第二个空间。而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手,更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。声纳设备的功能,就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听;或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播,遇到目标后反射回来再进行接收,转变为电信号供收听或观察,由此来判断被测物体的方位和距离。在这个水下电声信号的转换过程中,关键设备就是水声换能器或是换能器阵。 1. 水声换能器的应用 目前,水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。这里仅介绍几种在水下探测方面的应用: (1)在测深方面的应用:为保证航行安全,无论是军舰或是民船都要安装测深声纳;专门的航道检测船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。根据测深深度的不同,测深换能器的频率和功率也相差甚远。以频率范围在10kHz~200kHz的较多,功率从数瓦到数十千瓦不等,其中,高频小功率用于内河或浅海,低频大功率用于远洋、大深度。对这类换能器的要求是波束稳定、主波束尖锐。 (2)在定位和测距方面的应用:测量航船对地的航行速度,大多采用多普勒声纳,利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。一般工作频率在100kHz~500kHz。 (3)在海洋考察和海底地层勘探方面的应用:海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵,作用距离也最远。水中成像方面,通常采用高频旁视声纳,在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵,各自向海底发射扇形指向性声束,然后接收来自海底的反射波,由于海底凹凸不平反射波强度有别,在显示图像上就会出现亮度不同的图像,因为工作频率较高,声信号衰减较快,作用距离不远,现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。 2. 水声换能器的分类 换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。如廿世纪中叶开发的压电陶瓷是经过高压直流极化处理之后才具有压电性的,因此,被称作电致伸缩材料,是当今压电换能器的主流,尤其在超声换能器领域有极其广泛的使用价值。 水声换能器按照不同的振动模式可以分为以下几类: (1)纵向振动换能器:其振动方向与长度方向平行。在换能器的长度方向传播应力波,它的谐振基频取决于长度,是声纳系统中使用得最广泛的类型。 (2)圆柱形换能器:采用压电陶瓷圆管(或圆环),通过合适的机械结构,安装成所需的长度。它可以做成水平无指向性、垂直指向性可控的宽带换能器,是声纳系统中仅次于纵向换能器的一种类型,此外它还是水声计量中惯用的标准水听器和标准发射器的选型之一。 (3)弯曲振动换能器:弯曲振动换能器具有低频下尺寸小、重量轻的优点(与相同频率下、同一种有源材料的换能器相比较),其振动形式有弯曲梁、弯曲圆盘、弯曲板等。

水声目标识别技术的现状与发展

Electronic Technology ? 电子技术 Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程? 97 【关键词】水声目标识别 特点 目标识别算法 1 国内外水声目标识别特点及现状分析 随着科技的发展,水声目标身份识别在洋经济与军事活动中运用十分广泛。水声目标识别技术通常是利用各类型传感器收集目标信息并对其特征进行分析,通过比对已有信息库识别目标的类型。其工作原理主要是利用了声纳接收的被动目标辐射噪声、主动目标回波以及其他传感器信息提取目标特征并进行判断。 水声目标识别技术的现状与发展 文/章业成 水声目标主要包括声音、水流扰动和电磁辐射 等特征信息。不同水声目标的特征信息不同,例如舰艇和海底暗礁无论空间形态还是运动状态都有很大差异,通过差异化比对识别目标种类。 水声目标识别技术在军事上的运用主要是从20世纪60年代开始,其中以美、英、法等国为代表的军事强国,对水声目标识别技术进行了深入研究。 水声目标识别在国内起步较晚,但随着 海洋经济以及军事领域的发展,水声目标识别在国内的发展开始得到重视。多所高校及研究院均对水声目标物的甄别进行了大量探究,与此同时计算机技术、人工智能等新兴领域和前沿科技被吸收到水声目标的识别技术中,无论 是识别灵敏性还是准确度都有了巨幅的提升。 2 水声目标识别的传统识别方法 传统的水声目标识别方法通常包括通过以下几种方式进行: (1)通过噪声的不同特性进行识别。螺 旋桨和机械噪声通常可以作为水声目标辐射噪声能量的重要来源之一。研究者根据对不同类舰船的辐射噪声特性差异进行分析,实现水声目标分类; (2)通过水声目标的航行速度、加速度等运动状态及急剧变化等行为,预测出目标的后续行为及目的。此外,还可以通过对水声目标的行为、状态和类型进行分析,寻找出其内在关联,并通过模拟估计上述关联性特征预测目标的真实目的,从而实现目标分门别类; (3)根据不同目标船舰的排水量特征,通过分析不同型号的舰船在运行时,噪声强度与航速和排水量之间的关系,进行目标分类。 (4)根据目标所装备的主动声纳特征的不同来进行区别,由于不同的目标所装备的声纳型号有所差异,并且不同型号声波发射装置所发射声波的频率、强度等声波参数均不一样。 因此,根据探测目标说配备的主动声纳特征,能够判断出声纳的具体型号,排除掉不同类别的目标特征,减小鉴别难度更便于综合其他手段进行进一步的识别。 会进入区域1,并最终到达倒立平衡位置并相 对静止,起摆结束。2.2 稳摆算法 采用了PID 双闭环的方法,由于速度控制对于角度的控制是一种干扰,所以角度闭环输出减去速度闭环输出作用于电机来控制摆臂,进而控制摆杆倒立,两种控制作用在程序中进行耦合2.3 角度环 2.3.1 算法设计 通过STM32用adc 采集角位移传感器(WDD35D-4导电塑料电位器)的值,由之前学到的PID 控制算法理论可以得出,通过控制电机的转动与PWM 的值来使倒立摆达到我们所希望的角度。根据所需要的系统要求,只需要让其达到所期望的角度,历史的差值对其影响并不大,所以只需要PD 调节即可完成所需。2.3.2 参数整定 KP :逐渐增大KP 的值,直到出现反向或者低频抖动的情况; KD :微分控制,用来抑制转动惯量(即转动过猛)。2.4 位置环 单纯进行角度环的控制,会稳定一段时间,但是最终会朝一个方向运动下去,因此还必须加上位置环的控制位置环就是尽可能的让转动的轴不要移动。 3 测试方案及结果 3.1 测试方案一 先使摆杆静止使其保持铅锤状态,选择模式一开始同时使用STM32F407调试窗口观察旋转编码器返回的脉冲数计算其角度,看是否达到要求,并测量实际摆杆摆动角度,看是否一致。如表1所示。3.2 测试方案二 先使摆杆静止使其保持铅锤状态,选择模式二开始同时观察实际情况下摆臂控制摆杆的摆动,摆杆是否做圆周摆。如表2所示。3.3 测试方案三 用手将摆杆轻触到165度附近,松手。选择模式三开始计时,观察摆杆能否在极短时间内调整到倒立状态,并观察摆臂摆动角度是否小于90度。如表3所示。 <<上接96页 4 结论 从测试结果反映,整个旋转倒立摆能够完成基本要求,其能在短时间内实现摆杆摆动及圆周运动,并在受到外力的情况下迅速回到正常状态,整个旋转倒立摆稳定性好,抗干扰能力强。 参考文献 [1]佟远,张莎.基于PID 双闭环的 旋转倒立摆控制系统[J].测控技术,2016,35(8):85-88. [2]吴爱国,张小明,张钊.基于Lagrange 方程建模的单级旋转倒立摆控制[J].中国工程科学,2005(10). [3]汤燕.基于STC89C52的简易倒立摆控制 装置设计[J].现代电子技术,2014(20). 作者简介 邓新宇(1998-),男,四川省眉山市人。研究方向为嵌入式软件开发、嵌入式硬件设计。 作者单位 成都理工大学工程技术学院 四川省乐山市 614000

(完整版)第2章水声换能器

第2章 水声换能器1.水听器2.水声发射换能器3.实验 1.水听器 (1) 分类 根据其用途和校准的准确度 根据其使用材料 根据其用途和校准的准确度分为两级: A.一级标准水听器 建立水声声压基准,并通过它传递声学量单位。绝对法校准。 B.二级标准水听器(测量水听器)用作实验室中一般测试。比较法校准。 根据其使用材料可分为:a 、压电式:b 、动圈式(或电动式)c 、磁致伸缩式d 、光纤式 (2) 参数①水听器接收灵敏度 ②水听器的指向性③水听器的电阻抗④动态范围 ①水听器接收灵敏度水听器自由场电压灵敏度: 水听器在平面自由声场中输出端的开路电压与声场中放入水听器之前存在于水听器声中心位置处自由场声压的比值。 水听器声压灵敏度:水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值。②水听器的指向性 · 指向性响应图 · 指向性指数 · 指向性因数 水听器的指向性图 表示水听器在远场平面波作用下,所产生的开路输出电压随入射方向变化的曲线图。 指向性指数DI 和指向性因数R θ 对于水听器,其指向性因数代表定向接收器输出端的信噪比比无指向性接收器输出端的信噪比提高的倍数。10lg DI R θ=

③水听器的电阻抗 在某频率下加于换能器电端的瞬时电压与所引起的瞬时电流的复数比。换能器电阻抗的倒数称为换能器的电导纳。 ④动态范围水听器主轴方向入射的正弦平面行波使水听器产生的开路电压等于水听器实际输出的带宽1Hz的开路噪声电压时,则该声波的声压级就是水听器的等效噪声声压级。水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差。 水听器的过载声压级引起水听器过载的作用声压级。 水听器的等效噪声压级 (3)GB/T4128-1995 一、二级标准水听器声学性能指标 灵敏度 指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏度或自由场低频灵敏度。 按照国家标准规定用于1Hz~100kHz频率范围的压电型标准水听器(以下同): 一级:不低于-205dB(0dB re 1v /μPa) 二级:不低于-210dB(0dB re1v/μPa) 自由场灵敏度频率响应 自由场灵敏度频响相对于声压灵敏度在整个使用频率范围内,至少有三个十倍频程范围:一级:其灵敏度的不均匀性小于±1.5dB,在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。 二级:其灵敏度的不均匀性小于±2dB,在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。灵敏度校准及其准确度 低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进行校准,其校准准确度优于±0.5dB;高频段应用国标GB3223-82中规定的互易法进行校准,其校准准确度应优于±0.7dB。 低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进行校准,其校准准确度优于±1.0dB;高频段应用国标GB3223-82中规定的比较法进行校准,其校准准确度应优于±1.5dB。 指向性 一级:水平指向性:在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于300,在选定方向(或主轴)±50的范围内灵敏度变化应小于±0.2dB。 垂直指向性:在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于150,在选定方向(或主轴)±20的范围内灵敏度变化应小于±0.2dB。

浅谈通信技术发展史

浅谈通信技术发展史 在学习《现代通信技术》这么课程学期过半后,了解并掌握了一些与通信相关的知识,加以课程之余自己通过查阅书籍和使用网络工具,将通信史这一知识方面整理成以下文字,用以自我提高以及与大家共同进步。 人类进行通信的历史悠久。历史上最早的通信手段和现在一样是“无线”的,如利用以火光传递信息的烽火台,通常大家认为这是最早传递消息的方式了。事实上不是,在我国和非洲古代,击鼓传信是最早最方便的办法,非洲人用圆木特制的大鼓可传声至三四公里远,再通过“鼓声接力”和专门的“击鼓语言”,可在很短的时间内把消息准确地传到50公里以外的另一个部落。其实,不论是击鼓、烽火、旗语,还是今天的移动通信,要实现消息的远距离传送,都需要中继站的层层传递,消息才能到达目的地。不过,由于那时人类还没有发现电,所以要想畅通快速地实现远距离传递消息只有等待了…… 19世纪中叶以后,随着电报、电话的发明,电磁波的发现,人类通信领域产生了根本性的巨大变革,实现了利用金属导线来传递信息,甚至通过电磁波来进行无线通信,使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此,人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式,用电信号作为新的载体,同此带来了一系列技术革新,开始了人类通信的新时代。 1837年,美国人塞缪乐·莫乐斯成功地研制出世界上第一台电磁式电报机。他利用自己设计的电码,可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地,再转换为原来的信息。 1864年,英国物理学家麦克斯韦建立了一套电磁理论,预言了电磁波的存在,说明了电磁波与光具有相同的性质,两者都是以光速传播的。1875年,苏格兰青年亚历山大·贝尔发明了世界上第一台电话机。1878年在相距300公里的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验,并获得了成功,后来就成立了著名的贝尔电话公司。1888年,德国青年物理学家海因里斯·赫兹用电波环进行了一系列实验,发现了电磁波的存在,他用实验证明了麦克斯韦的电磁理论,导致了无线电的诞生和电子技术的发展。 电磁波的发现产生了巨大影响。不到6年的时间,俄国的波波夫、意大利的马可尼分别发明了无线电报,实现了信息的无线电传播,其他的无线电技术也如雨后春笋般涌现出来。 电磁波的发现也促使图像传播技术迅速发展起来。实现了电子扫描方式的电视发送和传输,制造出第一台符合实用要求的电视摄像机。经过人们的不断探索和改进,一些国家相继建立了超短波转播站,电视迅速普及开来。 图像传真也是一项重要的通信。1980年后,传真技术向综合处理终端设备过渡,除承担通信任务外,它还具备图像处理和数据处理的能力,成为综合性处理终端。静电复印机、磁性录音机、雷达、激光器等等都是信息技术史上的重要发明。 随着电子技术的高速发展,军事、科研迫切需要解决的计算工具也大大改进。微电子技术极大地推动了电子计算机的更新换代,使电子计算机显示了前所未有的信息处理功能,成为现代高新科技的重要标志。 随着国民经济和社会发展的信息化,人们要通信息化开创新的工作方式、管

水声探测技术实验指导书三_五

实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析 本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理,得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律,并将所得结果作图表示。 一、实验目的 1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基本特性。 2、掌握基本的时-频处理方法。 3、以实测数据为例,通过上机操作,达到一定的实际训练。 二、实验仪器 计算机 三、实验原理 1、海洋噪声的来源 海洋噪声的来源是多方面的,总的归纳起来有几大类: (1) 动力噪声:由、涌、浪引起低频压力脉动,水中引起的压力起伏,以及海浪拍岸的噪声,雨噪声等。 (2) 冰下噪声:由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声,以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。 (3) 生物噪声:由海洋动物所引起的各式各样的声音。 (4) 地震噪声:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。 (5) 工业噪声:由人类的各种活动所引起的噪声。如船舶航行的噪声,港口作业噪声,海底作业噪声等。 以上这些噪声源各有其自己的频谱特性。通过频谱分析,不但可以了解声源信息,如根据海洋噪声探测海上风浪的情况,还可以根据海洋噪声场的特性,提高水声器材的抗干扰性能。因此,有必要进一步了解水下噪声场的谱特性。 2、船舰噪声的谱特性 舰船在水中运动时,将辐射噪声,其来源有下列三个方面: (1) 机械噪声:主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动,它通过船壳辐射到海中。 (2) 螺旋桨噪声:螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声、及它的划水声和涡流声。 (3) 水动力噪声:水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声音。 在多数情况下,机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。图5-1是典型的舰船噪声图谱。在低频段,谱级随频率增高而增大。在100~1000Hz之间出现一个峰值,主要是由于空化噪声产生的,峰值位置取决于舰船的航速。在此频段以后,以大约每倍频程6dB的坡度下降。另外还可以看到,在低频段出现一些线谱,它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线,早高频端这些谱线被连续谱掩盖,所以从

水声探测技术实验指导书三-五

实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理,得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律,并将所得结果作图表示。 一、实验目的 1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基本特性。 2、掌握基本的时-频处理方法。 3、以实测数据为例,通过上机操作,达到一定的实际训练。 二、实验仪器 计算机 三、实验原理 1、海洋噪声的来源 海洋噪声的来源是多方面的,总的归纳起来有几大类: (1) 动力噪声:由、涌、浪引起低频压力脉动,水中引起的压力起伏,以及海浪拍岸的噪声,雨噪声等。 (2) 冰下噪声:由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声,以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。 (3) 生物噪声:由海洋动物所引起的各式各样的声音。 (4) 地震噪声:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。 (5) 工业噪声:由人类的各种活动所引起的噪声。如船舶航行的噪声,港口作业噪声,海底作业噪声等。

以上这些噪声源各有其自己的频谱特性。通过频谱分析,不但可以了解声源信息,如根据海洋噪声探测海上风浪的情况,还可以根据海洋噪声场的特性,提高水声器材的抗干扰性能。因此,有必要进一步了解水下噪声场的谱特性。2、船舰噪声的谱特性 舰船在水中运动时,将辐射噪声,其来源有下列三个方面: (1) 机械噪声:主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动,它通过船壳辐射到海中。 (2) 螺旋桨噪声:螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声、及它的划水声和涡流声。 (3) 水动力噪声:水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声音。 在多数情况下,机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。图5-1是典型的舰船噪声图谱。在低频段,谱级随频率增高而增大。在100~1000Hz之间出现一个峰值,主要是由于空化噪声产生的,峰值位置取决于舰船的航速。在此频段以后,以大约每倍频程6dB的坡度下降。另外还可以看到,在低频段出现一些线谱,它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线,早高频端这些谱线被连续谱掩盖,所以从图上看不到。 图1 典型的舰船噪声图谱

水声通讯系统调研

0 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,人们开始越来越重视水下通信系统的研究与开发。由于电磁波在水中传播时衰减严重,而声波是人类迄今为止已知的唯一能在水中远距离传播的能量形式,所以海洋中检测、通信、定位和导航主要利用声波。声波是目前水中信息传输的主要载体。因此,人们对水下通信的研究主要集中在对水声通信的研究之上。 水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,由于其在民用和军事上都有重大意义,水声通信一直被人们所重视。文章介绍了水声通信的特点、系统组成、发展历史和国内外的发展现状。 1 水声通信的历史 水声通信的历史可以追溯到1914 年,在这一年水声电报系统研制成功可以看作是水下无线通信的雏形。世界上第一个具有实际意义的水声通信系统是美国海军水声实验室于1945 年研制的水下电话,该系统使用单边带调制技术,载波频率8.33 kHz,主要用于潜艇之间的通信。早期的水声通信多使用模拟频率调制技术。如在50 年代末研制的调频水声通信系统,使用20kHz 的载波和500Hz 的带宽,实现了水底到水面船只的通信。模拟调制系统不能减轻由于水声信道的衰落所引起的畸变,限制了系统性能的提高。 70 年代以来随着电子技术和信息科学突飞猛进的发展,水声通信技术也因此得到了迅速的发展,新一代的水声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,各种采用快速解调的算法也随之发展起来。数字调制技术的主流为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控调制(PSK)。 随着用于空间无线电衰落信道技术的发展,水声通信的下一代系统对数字编码的数据采用了频移键控(FSK)调制方式。作为一种能量检测(非相干)而不是相位检测(相干)算法,FSK 系统被认为对于信道的时间和频率扩展具有固有的稳健特性。采用数字技术有两个方面的好处:首先,它允许采用纠错编码技术来提高传输的可靠性;第二,它允许对信道混响做一定的补偿,包括时间和频率上的补

简述通信行业的发展历程

简述通信行业的发展历程 摘要:本文简要叙述了通信技术的基本概念和主要发展历程,并以时间表的形式分析和记录了中国电信行业的主要发展史,并简要介绍了作为下一代通信技术的4G网络技术的基本原理和运用,并简要归纳了4G网络技术目前在国内的发展现状。 关键字:通信、通信技术、运营商、4G 一、通信的基本概念和主要发展历程 通信技术是当代生产力中最为活跃的技术因素,对生产力的发展和人类社会的进步起着直接的推动作用。通信最主要的目的就是传递信息。最早的通信包括最古老的文字通信以及我国古代的烽火台传信。而当今所谓的通信技术是指18世纪以来的以电磁波为信息传递载体的技术。通信技术的发展历史上主要经历了三个阶段: 初级通信阶段(以1839年电报发明为标志) 近代通信阶段(以1948年香农提出的信息论为标志) 现代通信阶段(以20世纪80年代以后出现的互联网、光纤通信、移动通信等技术为标志) 从1838年莫尔斯发明电报开始,通信技术经历了从架空明线、同轴电缆到光导纤维,从步进展、纵横制导数字程控交换机,从固定电话、卫星通信到移动电话、从模拟通信技术到数字通信技术的演进。通信技术每一次的重大进步,都极大地提升了通信网的能力和扩展了通信业务,如从过去的电报、传真、电话到现在的可视电话、即时通信(QQ&MSN)和电子邮件(E-mail)等,给通信行业发展注入了新活力,推动了社会通信服务水平的提高。现在通信技术和业务已

渗透到人们生活娱乐、工作学习的方方面面,深刻地改变了人类社会的生活形态和工作方式。随着社会的发展和进步,人类对信息通信的需求更加强烈,对其要求也越来越高。理想的目标就是实现任何人在任何时候、任何地方与任何人以及相关物体进行任何形式的信息通信。 百年以来,通信技术一直由西方国家主导其发展。直到世纪之交,历史才发生改变。2000年5月,由大唐电信科技产业集团(电信科学技术研究院)代表我国政府提出的具有自主知识产权的TD-SCDMA,被国际电信联盟(ITU)采纳为3G无线移动通信国际标准。2001年3月被3GPP采纳,这是我国通信百年历史上零的突破。移动通信从只支持语音通信的第一代模拟移动通信系统(1G),发展到到支持话音和低速数据(短信、GPRS)等的第二代数字移动通信系统(2G),再到支持视频通信、高速数据以及多媒体业务的第三代移动通信系统(3G)。当前,处在从2G到3G转折时期的通信行业正经历着一场前所未有的深刻变革,包括技术、网络、业务以及运营模式。电路交换技术与分组交换技术融合,将导致电信网、计算机网和有线电视网在技术、业务、市场、终端、网络乃至行业运行管理和政策方面的融合。在业务竞争中,各个电信运营商也在打破传统电信的思维或疆界,开拓新的市场。 二、中国电信行业发展历程 1、1949——1994 政府行政绝对垄断 从1949年11月1日邮电部成立到1978年,整个电信企业完全依靠行政垄断进行经营,在管理上采用政企合一的方式。政府无论从经营业务到资费方面都实行严格的控制,完全是计划经济,完全是政府定价,而且它的服务主要是面向党、政、军的,并没有考虑到为个人服务。举例说,直到改革开放初期的1979

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