AUV水聲跳頻通信調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)

范巍巍，張殿倫，董繼剛，張友文

（哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

AUV水聲跳頻通信調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)

范巍巍，張殿倫，董繼剛，張友文

（哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

在復(fù)雜時變水聲通信環(huán)境中非相干FH-FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)是一種較為穩(wěn)健、可靠的通信方式，適合于低速、高可靠的水聲設(shè)備遙控等應(yīng)用場合，如水面船遙控高速運動的水下智能機器人（autonomous underwater vehicle，AUV）。但也面臨著以下困難：1）高速運動帶來的多普勒會嚴重惡化通信系統(tǒng)性能；2）為節(jié)省能耗，AUV依據(jù)通信需求可對通信單元進行經(jīng)常性的上電與斷電操作，導(dǎo)致異步單工工作模式下水面與水下通信節(jié)點之間很難協(xié)調(diào)工作。針對以上問題，提出了采用脈沖對技術(shù)進行可靠多普勒估計，并采用線性插值技術(shù)進行高效多普勒補償；結(jié)合通信節(jié)點板載高精度時鐘以及設(shè)計的聲鏈路同步機制有效地解決了AUV和水面控制船之間的雙向鏈路建立與數(shù)據(jù)傳輸工作?；贠MAP-L138雙核處理器平臺設(shè)計與實現(xiàn)了FH-FSK的水聲調(diào)制解調(diào)器的樣機，湖上實驗結(jié)果表明提出的傳輸控制協(xié)議可保證通信節(jié)點之間的通信鏈路隨機建立和斷開，結(jié)果證明所設(shè)計的樣機穩(wěn)定、可靠。

非相干調(diào)制；脈沖對；多普勒估計；線性插值；雙向鏈路；聲鏈路同步；FH-FSK；水聲通信；跳頻

水聲信道是迄今為止難度最大的無線通信信道之一。如何克服多途干擾、時頻和多普勒擴展、時變衰落，是水聲通信技術(shù)中需要重點解決的問題［1］。水聲通信在海洋環(huán)境監(jiān)測，水下無人潛器的數(shù)據(jù)傳輸、遙控，水下中繼通信等場合有著廣泛應(yīng)用。組成水聲通信網(wǎng)節(jié)點的水聲調(diào)制解調(diào)器是其中的關(guān)鍵。水聲通信調(diào)制方式主要分為非相干調(diào)制和相干調(diào)制，由于非相干調(diào)制在時變空變水聲信道有較好的適應(yīng)性，最初的水聲通信機大都采用非相干調(diào)制，上世紀90年代Milica提出的判決反饋均衡器加二階數(shù)字鎖相環(huán)應(yīng)用于非相干調(diào)制［2］，相干調(diào)制的水聲通信機陸續(xù)被研制出來，但相干調(diào)制因受制于信道條件大都應(yīng)用于信道條件良好的深水垂直信道或近距離信道。所以在可靠通信的應(yīng)用場合非相干調(diào)制的通信體制仍占主流。

國內(nèi)外有許多科研單位從事水聲調(diào)制解調(diào)器的研制，較有名的是美國Woods Hole Oceanographic Institution開發(fā)的Micro-Modem，采用低速率的FHFSK和高速可調(diào)速PSK調(diào)制，同時結(jié)合高精度時鐘可應(yīng)用于定位導(dǎo)航，是一款集通信、定位的多用途Modem［3］。美國的Benthos公司的RS系列產(chǎn)品更是將釋放功能結(jié)合于水聲Modem，其也采用了FSK和PSK多種調(diào)制方式［4］?？梢哉f低速和高速多種調(diào)制結(jié)合定位釋放功能于一體是國外水聲調(diào)制解調(diào)器的特點。

國內(nèi)科研單位如朱維慶［5］、申曉紅［6］、許肖梅［7］、殷敬偉［8］等都在水聲領(lǐng)域有廣泛研究，其中朱維慶為“蛟龍”號研制的水聲通信機實現(xiàn)了世界上首次7 000 m深度上潛器與母船間的圖像、語音、數(shù)據(jù)和文字的水聲通信傳輸。其通信系統(tǒng)既有低速的擴頻／跳頻通信，又有高速的PSK調(diào)制的通信系統(tǒng)，是一套綜合性的通信系統(tǒng)。限于技術(shù)水平和國內(nèi)市場狹小，國內(nèi)并不像國外有成熟商業(yè)產(chǎn)品。

在通信節(jié)點之間保持時間同步有助于解決通信沖突問題，同步是靠估計和調(diào)整通信節(jié)點內(nèi)部時鐘的固定偏差來實現(xiàn)［9］，在水聲信道中通過聲信號測時延來同步的困難是多途的影響及節(jié)點間運動帶來的測距誤差。本文采用了3次握手的方式，2個通信節(jié)點間各自測得節(jié)點間斜距，多普勒速度，參考時鐘節(jié)點將斜距和多普勒速度通過聲通信方式傳遞給被同步節(jié)點，由被同步節(jié)點計算運動造成的斜距變化，從而調(diào)整本地時鐘和參考節(jié)點時鐘對齊。本文介紹了采用FH-FSK調(diào)制方式的半雙工調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計，包括系統(tǒng)設(shè)計、軟硬件設(shè)計、算法仿真及湖試，湖上實驗結(jié)果表明系統(tǒng)符合設(shè)計要求。

1 AUV通信系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

AUV（autonomous underwater vehicle）其體積帶來的靈活性在海洋開發(fā)和軍事上有廣泛的應(yīng)用，采用聲通信的方式使得AUV擺脫電纜的束縛可與母船時刻進行信息的交互，由于運動帶來的多普勒干擾，在AUV聲通信機設(shè)計中采用非相干調(diào)頻調(diào)制，為避免水上節(jié)點與水下節(jié)點同時發(fā)射產(chǎn)生的沖突，采用水上和水下同步方式工作的模式，通過聲鏈路交互，使得水下節(jié)點時鐘和水面節(jié)點對齊。當同步建立后，2節(jié)點間按設(shè)計的協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。圖1所示為AUV通信機的工作示意圖。

圖1 AUV通信機系統(tǒng)工作示意圖Fig.1 AUV communication system working diagram

1.2 設(shè)計方案

1.2.1 物理層

物理層采用跳頻調(diào)制方式，設(shè)系統(tǒng)有N個調(diào)頻點，S1（t）為發(fā)送的跳頻信號，跳頻調(diào)制的數(shù)學(xué)模型：

式中：Δw為調(diào)頻的頻率間隔，m（t）為待傳輸數(shù)字信息，ψn為初始相位。通過采用躲避干擾的方式來抗多途干擾。本系統(tǒng)工作頻帶9～15 kHz，F(xiàn)H-2FSK調(diào)制，通信速率可調(diào)（40／80／160 bit／s），信道編碼采用1／2卷積碼，接收端使用Viterbi軟譯碼。圖2為物理層幀格式。為保持接收信號幅度的穩(wěn)定，在建立同步后，節(jié)點依據(jù)測得的斜距和聲納方程實時調(diào)整模擬接收板的放大增益，使得AD前段輸入信號保持1 V左右。通信節(jié)點間的幀格式如圖2所示，其中LFM用于幀同步，脈沖對用于測速，F(xiàn)H-2FSK跳頻速率可變，跳頻序列為RS碼序列［10］。

圖2 通信機幀格式Fig.2 Communication modem frame format

通過采用“脈沖對”估計出寬帶信號載波頻率處的多普勒頻偏大小，多普勒因子Δ即為頻偏與載波頻率的比值。此脈沖對為2個連續(xù)的重復(fù)的符號，在發(fā)送時域數(shù)據(jù)信號x（k）時，復(fù)域通頻帶等效信號為

式中：ftx為發(fā)送載波頻率。在接收端，忽略噪聲的情況下，復(fù)域基帶信號為

式中：frx為接收載波頻率，ε＝NfΔTs＝N（ftx－frx）Ts為歸一化載波頻率偏差。定義2個連續(xù)重復(fù)之間的延時為D個采樣點，符號的長度為L，定義中間變量：

從而得到歸一化載波頻率偏差的估計值為

頻偏估計范圍為

對接收信號進行多普勒補償?shù)刃в趯邮招盘柕闹夭蓸?，但在多普勒頻移較小，精度要求很高的情況下，改變采樣率比較困難。文中采用線性插值法來實現(xiàn)多普勒補償。實際上，采樣頻率的增大或減小也等效于固定時間內(nèi)采樣點的增多或減少，采用插值法進行多普勒補償有2個參數(shù)要確定：新的采樣點的位置及其采樣值。插值法是用估計的相對多普勒頻移Δ確定出新的采樣點的位置，然后用其相鄰的2個已知采樣樣本進行線性插值計算出新的采樣值，多普勒估計與補償結(jié)構(gòu)如圖3所示。所得的新樣本組成的信號就是消除頻移后的信號。

圖3 多普勒估計與補償結(jié)構(gòu)Fig.3 Doppler estimation and compensation structure

1.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層

由于水聲信道聲波傳播速度慢帶來的節(jié)點間信號碰撞問題，這里設(shè)計了一個鏈路層協(xié)議來使得母船和AUV之間的通信有序進行。系統(tǒng)采用聲鏈路同步方式建立節(jié)點間時間同步，然后開始聲通信。

首先水面節(jié)點依據(jù)本地時鐘周期性的發(fā)送聲鏈路同步指令給水下節(jié)點，水下節(jié)點在收到指令后延時固定時間應(yīng)答水面指令，同時記錄脈沖對測得的多普勒速度v1，水面節(jié)點收到應(yīng)答后可測得節(jié)點間時延t2和多普勒速度v2，然后將t2和v2傳送給水下，水下節(jié)點對收到水面的應(yīng)答后可測得時延t3和v3。水下節(jié)點將獲得的2個時延做差，若差小于門限，則認為測距可靠，通過獲得的多普勒速度v1、v2、v3補償運動帶來的斜距變化，調(diào)整同步時鐘與水面同步時鐘對齊。聲鏈路同步建立時序如圖4所示。

系統(tǒng)同步建立后，如圖5所示，水面節(jié)點按時鐘節(jié)拍周期性向水下節(jié)點發(fā)射詢問／配置信號，水面根據(jù)信道沖擊響應(yīng)擴展長度，向水下配置節(jié)點間通信速率，若水下開機且已建立同步鏈路，水下節(jié)點根據(jù)收到的配置速率發(fā)射用戶數(shù)據(jù)，若水下節(jié)點內(nèi)沒有可發(fā)送的數(shù)據(jù)，則水下節(jié)點不做回應(yīng)。

圖4 聲鏈路同步建立時序Fig.4 Acoustic link establishment of timing synchronization

圖5 同步建立后傳輸時序Fig.5 The transfer after timing synchronization is established

水面節(jié)點作為控制端，其優(yōu)先級高于水下節(jié)點，當水面節(jié)點有指令數(shù)據(jù)時，指令數(shù)據(jù)跟隨配置幀向水下發(fā)送，水下節(jié)點優(yōu)先處理水面指令，水下節(jié)點對水面指令進行解調(diào)校驗，根據(jù)校驗結(jié)果回復(fù)ACK／NACK，水面節(jié)點若收到NACK，需重傳指令幀。

采用這種傳輸協(xié)議使得水面水下節(jié)點可隨機建立或斷開鏈路。當水下節(jié)點關(guān)機時，水面節(jié)點按時鐘周期發(fā)送問詢指令，因水下關(guān)機而無應(yīng)答。當水下開機后，水下節(jié)點處于監(jiān)聽狀態(tài)，當接收到問詢信號后開始進行聲同步。當水面關(guān)機后，水下節(jié)點在若干次周期內(nèi)沒有檢測到水面配置幀（由于水面關(guān)機或信道惡化），則認為通信鏈路已斷開，水下節(jié)點轉(zhuǎn)為監(jiān)聽模式，等待新的同步指令。水面節(jié)點也可在同步建立后發(fā)送重新同步指令發(fā)起新的同步過程。

1.2.3 用戶層

用戶串口采用NMEA0183格式，指令和數(shù)據(jù)按格式形成數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。

表1 用戶數(shù)據(jù)幀參數(shù)Table 1 Frame parameters

用戶使用“＄SCDLM”地址域標示水面至水下方向通訊信息，“＄SCULM”地址域標示水下至水面方向通訊信息，“＄SCSYNC”用于水面控制水下節(jié)點的聲鏈路同步指令。

1.2.4 信號處理平臺

FH-FSK調(diào)制解調(diào)器采用美國德州儀器公司低功耗雙核（ARM＋DSP）浮點數(shù)字處理器OMAPL138［11］，模擬輸入端采用16bit A／D轉(zhuǎn)換，8 bit D／A控制模擬輸入電路放大增益，板載高精度時鐘用于精確對時。處理器的通用輸入輸出管腳用于驅(qū)動D類功放發(fā)射通信信號，板載32G SD卡用于存儲數(shù)據(jù)便于后置分析處理。對外I／O接口有網(wǎng)口和串口。網(wǎng)口用于大數(shù)據(jù)量傳輸，串口用于連接用戶端。FH-FSK調(diào)制解調(diào)器功放板和數(shù)字信號處理板如圖6所示，AUV通信機如圖7所示。

圖6 FH-FSK調(diào)制解調(diào)器功放板和數(shù)字信號處理板Fig.6 FH-FSK modem amplifier board and digital signal processing board

圖7 AUV通信機Fig.7 AUV communication modem

2 系統(tǒng)性能仿真分析

通信節(jié)點間的幀格式如圖2所示，其中40 ms長度的LFM用于幀同步，30 ms脈沖對用于測速，最大可測多普勒速度為5 kn，F(xiàn)H-2FSK跳頻速率可變，跳頻序列為RS碼序列，信道編碼采用碼率為1／2的卷積碼（753，561），譯碼算法采用Viterbi軟譯碼。通信機數(shù)據(jù)幀時域波形如圖8所示。

幀同步檢測采用匹配濾波器，對接收信號與本地LFM信號進行相關(guān)包絡(luò)檢測，檢測門限根據(jù)對噪聲信號匹配后的包絡(luò)均值乘以固定系數(shù)來確定。

圖8 通信機數(shù)據(jù)幀時域波形Fig.8 Modem time-domain waveform data frame

圖9 所示為LFM信號經(jīng)過匹配相關(guān)器后的包絡(luò)，其中采樣率為48 kHz，虛線是檢測門限，高于噪聲包絡(luò)均值23 dB，三角圖案是搜峰程序搜索到的3個相關(guān)峰，分別是直達峰、最大峰和最后峰。非相干解調(diào)是按能量積分，所以選用最大峰峰值位置作為幀同步信號LFM的脈沖后延時刻。

在檢測時間窗內(nèi)檢測到同步后，脈沖對估計節(jié)點間相對速度，然后采用線性插值算法對跳頻信號進行頻率補償，最后經(jīng)過非相干正交接收機對接收信號頻點能量積分比較解調(diào)出符號軟判決信息，如圖10所示，并將判決符號給譯碼器譯碼及CRC校驗。

圖11所示為3種通信速率誤碼率曲線，可知在高斯白噪聲下，在9～15 kHz頻帶內(nèi)，通信速率分別為40／80／160 bit／s下，卷積碼編譯碼，跳頻通信在負信噪比下性能良好，這就需要幀同步的檢測能力與跳頻符號的抗噪聲能力相匹配，即同步檢測器能在負信噪比下檢測幀同步信號。

圖9 LFM信號匹配相關(guān)器輸出后的包絡(luò)Fig.9 LFM signal envelope after matching correlator

圖10 非相干正交接收機框圖Fig.10 Non-coherent quadrature receiver block

圖11 FH-2FSK系統(tǒng)差錯性能Fig.11 FH-2FSK system error performance

3 湖試結(jié)果

設(shè)備樣機于2013年7月在吉林省松花湖進行了性能及功能實驗，水下節(jié)點錨系于湖底，水面節(jié)點在湖面機動航行，實驗測試了聲鏈路同步功能和雙向鏈路通信功能。圖12給出了湖試時的布放示意圖，圖13為聲速剖面圖。湖試所用工作頻帶為9～15 kHz，發(fā)射聲源級185 dB，接收換能器靈敏度－185 dB，水下節(jié)點離底3 m，水面節(jié)點深度為3.5 m。

圖12 湖試布放示意圖Fig.12 The schematic of lake test laying

圖13 松花湖7月聲速剖面Fig.13 The sound speed profile of Songhua lake in July

3.1 聲鏈路同步實驗

聲鏈路同步試驗測試系統(tǒng)的聲鏈路同步功能，母船行進路線如圖14所示，母船每2 min發(fā)送重新同步指令給水下節(jié)點，水下節(jié)點位于軌跡圖（0，0）點。圖15（a）所示為實驗后由SD卡內(nèi)存儲的斜距信息。第0～60幀對應(yīng)于圖14（a）運行軌跡，第61～82幀對應(yīng)于圖14（b）運行軌跡。在30～40幀，同步鏈路建立不成功，摘取記錄的原始數(shù)據(jù)分析，在1.2 km斜距以上，水下節(jié)點回復(fù)的同步應(yīng)答信號在母船接收端信噪比處于負值，水面檢測門限系數(shù)相對于噪聲設(shè)置為26 dB，即輸入信噪比3 dB以上可檢（匹配濾波器增益23 dB）。但在這個斜距上，理想條件下輸入信噪比應(yīng)為正信噪比，考慮松花湖在這個季節(jié)的聲速梯度在整個深度上隨深度增加而減小，水下節(jié)點布放過深，能量衰減并不是按照20lg（r）衰減。圖15（b）所示為61～82幀的時延測時誤差，分別給出了未補償多普勒速度和補償多普勒速度后的測時誤差，補償后誤差從10 ms減小到3 ms左右。

圖14 同步實驗?zāi)复\動軌跡Fig.14 The mother ship trajectory of synchronization experiment

圖15 聲同步測距結(jié)果比較Fig.15 Comparison of ranging sound synchronization

3.2 雙向鏈路通信實驗

雙向鏈路實驗測試了系統(tǒng)的全部功能，在設(shè)備下水和中途進行了3次同步，水下節(jié)點上電后發(fā)送50 Bytes／min的數(shù)據(jù)包給母船，母船隨機發(fā)送25 Bytes數(shù)據(jù)給水下節(jié)點。圖16為母船行走軌跡，剔除95～99幀未檢測到信號，整個過程無誤碼，無丟包。

圖17（a）為水下節(jié)點根據(jù)水面配置幀測得的斜距，圖17（b）為匹配濾波器輸出信噪比和依據(jù)聲納方程計算得到的理論匹配濾波器輸出信噪比的比較，從圖中可知當斜距大1 km，實際輸出信噪比比理論小10 dB左右，這是由于水面節(jié)點向下發(fā)射的聲信號在松花湖的負梯度聲速的因素下導(dǎo)致的聲線未能全部到達湖底。圖17（c）為實驗過程中模擬接收板放大增益的控制曲線，隨著斜距的變大，增益逐漸變大，在95～99幀由于船速加快，噪聲變大未檢測到信號，增益復(fù)位為50dB，隨后幀的噪聲減小，增益控制恢復(fù)正常工作。圖17（d）為20～30幀的譯碼前誤碼率曲線比較，通過線性插值補償多普勒的影響后，誤碼率較明顯降低。

圖16 雙向鏈路實驗?zāi)复\動軌跡Fig.16 The mother ship trajectory of bidirectional link experiment

圖17 雙向鏈路實驗水下節(jié)點數(shù)據(jù)記錄Fig.17 Data record of underwater two-way link node

4 結(jié)束語

FH-FSK水聲通信機適合應(yīng)用于多途信道下對AUV遙控，小數(shù)據(jù)量雙向傳輸場合。AUV可在不需要通信時關(guān)閉通信機，節(jié)省電池消耗。利用高精度時鐘通過采用一種有效的聲鏈路同步邏輯，使得處于隨機上電與下電狀態(tài)下的AUV通信節(jié)點與水面母船之間時鐘同步?；贠MAP-L138雙核處理器平臺實現(xiàn)一套通信樣機，湖試結(jié)果證明該樣機穩(wěn)定、可靠。非相干通信基于能量的檢測算法簡單、可靠，保證了通信機的實用性。在湖試中也發(fā)現(xiàn)了為適應(yīng)松花湖信道環(huán)境需降低檢測門限以達到更遠的通信距離，但帶來的缺點是LFM匹配相關(guān)檢測抗沖擊噪聲弱，易發(fā)生虛警，可考慮增加LFM個數(shù)來增加同步檢測條件降低虛警。

［1］許肖梅.水聲通信與水聲網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.聲學(xué)技術(shù)，2009，28（6）：811-816.XU Xiaomei.Development and applications of underwater acoustic comnmnication and networks［J］.Technical Acoustics，2009，28（6）：811-816.

［2］STOJANOVIC M，CATIPOVIC J A，PROAKIS J G.Phasecoherent digital communications for underwater acoustic channels［J］.IEEE Journal of Oceanic Engineering，1994，19（1）：100-111.

［3］FREITAG L，GRUND M，SINGH S，et al.The WHOI micro-modem：an acoustic communications navigation system for multiple platforms［J］.MTS／IEEE Oceans，2005，2（1）：1086-1092.

［4］GREEN M D，RICE J A.Channel-tolerant FH-MFSK acoustic signaling for undersea communications and networks［J］.IEEE Journal of Oceanic Engineering，2000，25（1）：28-39.

［5］朱維慶，朱敏，武巖波，等.載人潛器“蛟龍”號的水聲通信信號處理［J］.聲學(xué)學(xué)報，2012，37（6）：565-573.ZHU Weiqing，ZHU Min，WU Yanbo，et al.Signal processing in underwater acoustic communication system for manned deep submersible“Jiaolong”［J］.Acta Acustica，2012，37（6）：565-573.

［6］申曉紅，王海燕，趙寶珍，等.基于混沌序列的水聲跳頻通信系統(tǒng)研究［J］.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，24（2）：180-184.SHEN Xiaohong，WANG Haiyan，ZHAO Baozhen，et al.A more secure underwater acoustic frequency-hopping communication system based on chaotic sequence［J］.Journal of Northwestern Polytechnical University，2006，24（2）：180-184.

［7］許肖梅.淺海水聲數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究［D］.廈門：廈門大學(xué)，2002：18-33.XU Xiaomei.Studies on data transmission techniques in shallow water acoustic channels［D］.Xiamen：Xiamen University，2002：18-33.

［8］殷敬偉.多途信道中Pattern時延差編碼水聲通信研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2007：72-120.YIN Jingwei.A study of pattern time delay shift coding communication in underwater acoustic multipath channel［D］.Harbin：Harbin Engineering University，2007：72-120.

［9］SYED A，HEIDEMANN J.Time synchronization for high latency acoustic networks［C］／／Proc IEEE Infocom.Barcelona，Spain，2006.

［10］MERSEREAU R M，SEAY T S.Multiple access frequency hopping patterns with low ambiguity［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1981，17（4）：571-578.

［11］Texas Instruments Inc.OMAP-L138 low-power applications processor［EB／OL］.［S.l.］：Texas Instruments Inc，2009.www.ti.com.

Design and implementation of AUV underwater acoustic frequency hopping communication modem

FAN Weiwei，ZHANG Dianlun，DONG Jigang，ZHANG Youwen
（College of Underwater Acoustic Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

In the complex time-varying underwater acoustic channel，non-coherent FH-FSK modulation is a robust and reliable communication mode，and it is suitable for remote control of low-speed，highly reliable underwater communication applications，such as，in communication with high-speed AUV（autonomous underwater vehicle）remotely controlled by a ship.However，there are some difficulties with high-speed movement bringing serious deterioration of communication system performance.Therefore，to save the limited energy，AUV will carry out power-on and power-off operation based on communication requirements，leading to a difficult work for an asynchronous simplex operating mode between nodes of surface and underwater communication.This paper presents resolutions for the difficulties above.The methods used are dual-pulse technology for reliable Doppler estimation，linear interpolation method for high-efficiency Doppler compensation，and the use of combining high-precision clock onboard of communication nodes and the design of acoustic-link synchronization mechanism to effectively solve establishment of bidirectional communication link and data transmission between the AUV and surface control boat.Based on the OMAP-L138 dual-core processor platform，the FH-FSK prototype of underwater acoustic modem was designed and implemented.The lake-test results showed that the proposed transmission control protocol can guarantee random connection or disconnection of the communication link between the communication nodes，which proved that the prototype is stable and reliable.

non-coherent modulation；pulse pair；Doppler estimation；linear interpolation；bidirectional link；acoustic-link synchronization；FH-FSK；underwater acoustic communication；frequency hopping

10.3969／j.issn.1006-7043.201309055

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／23.1390.U.20141204.1523.003.html

TN929.3

A

1006-7043（2014）12-1473-07

2013-09-15.網(wǎng)絡(luò)出版時間：2014-12-04.

國家自然科學(xué)基金資助項目（50909029）.

范巍巍（1986-），男，博士研究生；張殿倫（1967-），男，教授，博士生導(dǎo)師.

張殿倫，E-mail：zhangdianlun＠hrbeu.edu.cn.