深海RAP下的水声信道特性与通信技术研究
作者:
  • 李伟哲

    李伟哲

    哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001 ;海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学)工业和信息化部,黑龙江 哈尔滨 150001 ;哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
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  • 韩笑

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  • 曹然

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  • 刘嘉奥

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作者简介:

李伟哲(2000-),男,博士生,主要从事深海水声通信技术研究。

中图分类号:

TN911.5

基金项目:

国家重点研发计划项目“北极水声通信/定位/环境观测一体化网络技术研究”(2021YFC2801200);国家自然科学基金“动态稀疏信道下的稳健移动水声通信技术研究”(61901136)


Underwater Acoustic Channel Characteristics and Communication Technology under Reliable Acoustic Path in Deep Sea
Author:
  • LI Weizhe

    LI Weizhe

    Key Laboratory of Acoustic Science and Technology,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China ;Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security(Harbin Engineering University),Ministry of Industry and Information Technology,Harbin 150001 ,China ;College of Underwater Acoustic Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China
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  • HAN Xiao

    HAN Xiao

    Key Laboratory of Acoustic Science and Technology,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China ;Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security(Harbin Engineering University),Ministry of Industry and Information Technology,Harbin 150001 ,China ;College of Underwater Acoustic Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China
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  • CAO Ran

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    Key Laboratory of Acoustic Science and Technology,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China ;Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security(Harbin Engineering University),Ministry of Industry and Information Technology,Harbin 150001 ,China ;College of Underwater Acoustic Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China
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  • LIU Jiaao

    LIU Jiaao

    Key Laboratory of Acoustic Science and Technology,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China ;Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security(Harbin Engineering University),Ministry of Industry and Information Technology,Harbin 150001 ,China ;College of Underwater Acoustic Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001 ,China
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    摘要:

    可靠声路径(Reliable Acoustic Path,RAP)是深海声传播的重要通道之一,其受界面影响较小, 传播损失较低,可以传播到较远的距离,而且在临界深度以下,环境噪声较低;其次,可靠声路径有效避开了多途扩展现象,声线以结构稳定的直达声为主。在总结可靠声路径物理机理和声传播优势的基础上,对比分析了几种不同海洋参数条件下 RAP 声传播特性,然后采用射线模型仿真分析了 RAP 声信道内的接收声线结构,之后基于仿真的 RAP 信道进行了单载波通信性能的分析。仿真结果发现:在 RAP 声信道内,直达声能量高,传播损失低,声线结构稳定且多途扩展小,对环境变化不敏感,在 35 km 左右的中远程距离内具有很高的信噪比;相同仿真条件下,RAP 区域的误码率较同距离浅深度的接收低很多,而且 RAP 区域接收信号信噪比高出其他区域 10 dB 左右。该研究结果对于实现垂直方向上深海信息的跨域传输具有重要意义。

    Abstract:

    The Reliable Acoustic Path(RAP)is one of the important channels for deep-sea sound propagation. It is less affected by the interface with lower propagation loss,and can spread to longer distances. In addition,when below the critical depth,the environmental noise is lower;secondly,the reliable acoustic path effectively avoids the phenomenon of multi-path expansion,and the sound ray is dominated by direct sound with stable structure. On the basis of summarizing the physical mechanism and sound propagation advantages of the reliable sound path,the sound propagation characteristics of RAP under several different ocean parameters are compared and analyzed,and then the ray model is used to simulate and analyze the structure of the received sound ray in the RAP sound channel. Then,the single-carrier communication performance is analyzed based on the simulated RAP channel. The simulation results show that in the RAP acoustic channel,with high energy,low propagation loss,stable sound ray structure and small multi-path expansion of direct sound,it is not sensitive to environmental changes,and has a high signal-to-noise ratio at medium and long-range distances of about 35 km;under the same simulation conditions,the bit error rate of the RAP area is much lower than that of the shallow-depth reception at the same distance,and the signal-to-noise ratio of the received signal in the RAP area is about 10 dB higher than that of other areas. The results of this study are of great significance for realizing cross-domain transmission of deep-sea information in the vertical direction.

    参考文献
    [1] 马培浩.进军深海的战略意蕴[J].前线,2020(2):17-19.
    [2] XI J Y,YAN S F,XU L J,et al.Sparsity-aware adaptive turbo equalization for underwater acoustic communications in the Mariana Trench[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2021,46(1):338-351.
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    [4] 杨坤德,李辉,段睿.深海声传播信道和目标被动定位研究现状[J].中国科学院院刊,2019,34(3):314-320.
    [5] 许惠.基于可靠声路径的深海水声通信网络连通性分析[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2017.
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    [7] THOMPSON S R.Sound propagation considerations for a deep-ocean acoustic network[D].Monterey:Naval Postgraduate School,2009.
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    [9] DUAN R,YANG K D,MA Y L,et al.A reliable acoustic path:physical properties and a source localization method[J].Chinese Physics B,2012,21(12):276-289.
    [10] 邱春燏,陈羽,马树青,等.基于可靠声路径的深海声场垂直相关性研究[J].声学技术,2019,38(3):270-277.
    [11] 王鸿吉,韩建辉,杨日杰.基于RAP的垂直线列阵时反定位研究[J].传感器与微系统,2015,34(4):56-58.
    [12] 刘伯胜,雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2009:128-129.
    引证文献
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李伟哲,韩笑,曹然,等.深海RAP下的水声信道特性与通信技术研究[J].数字海洋与水下攻防,2022,5(5):397-406

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  • 在线发布日期: 2022-11-08
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