線性調(diào)頻信號(hào)在水聲通信中的應(yīng)用

煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 郭子源 梁書(shū)源

1 前言

水聲通信工程設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步有利于國(guó)家擴(kuò)大海域探究開(kāi)發(fā)規(guī)模，想要提升水聲通信質(zhì)量，必然要使用高效精進(jìn)的線性調(diào)頻信號(hào)和更加先進(jìn)的理論支持。為使水聲通信在通信過(guò)程中提高精準(zhǔn)度，獲得更優(yōu)質(zhì)的使用質(zhì)量。這些年線性調(diào)頻信號(hào)的研究經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，已初步取得了一些成就，在許多的水聲通信工程中已形成了優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用成效。

2 線性調(diào)頻信號(hào)在水聲通信中的應(yīng)用意義

線性調(diào)頻信號(hào)在近幾年來(lái)，為水聲通信工程帶來(lái)了高效的技術(shù)支持，在海洋研究長(zhǎng)效的開(kāi)發(fā)利用中，必須重視線性調(diào)頻信號(hào)應(yīng)用的意義內(nèi)涵以及成效。

2.1 在海上軍事應(yīng)用中的意義

海上軍事中，需要極高的通信要求，同時(shí)需要極強(qiáng)的隱蔽性和效率性。在水聲通信中應(yīng)用線性調(diào)頻信號(hào)，能夠加強(qiáng)信息機(jī)密性，將被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。其隱蔽性能夠讓海軍在戰(zhàn)爭(zhēng)中獲得較好的通信效果。在水下戰(zhàn)斗時(shí)，提高了通信的媒介，讓軍事通信有較強(qiáng)的技術(shù)支撐，避免出現(xiàn)因水下通信困難而導(dǎo)致軍事活動(dòng)受阻的情況發(fā)生。線性調(diào)頻信號(hào)能夠悄無(wú)聲息地利用通信信號(hào)技術(shù)，傳遞敵方的信息、位置，讓軍事能夠通信的范圍更大。

2.2 對(duì)海洋生物的意義

線性調(diào)頻信號(hào)在研究升級(jí)中，注重對(duì)海洋生物進(jìn)行保護(hù)。如果在海洋中進(jìn)行調(diào)頻通信傳播，往往對(duì)海洋生物的健康產(chǎn)生不利影響。嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致大量的海洋生物死亡、失去聽(tīng)覺(jué)，淪為獵物。因此線性調(diào)頻信號(hào)在研究中，極其注重防止和減少水中通信產(chǎn)生的聲波噪音對(duì)海洋生物的損害。盡量保護(hù)水生動(dòng)物，減少人類(lèi)行為對(duì)海洋生態(tài)的破壞，讓水中的信號(hào)傳播更加無(wú)害[1]。

2.3 對(duì)水聲通信設(shè)備升級(jí)的意義

在海洋中進(jìn)行通信設(shè)備的建設(shè)往往是較大的工程，線性調(diào)頻信號(hào)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，能夠控制遠(yuǎn)程信號(hào)接收的范圍。能夠極大程度地減小設(shè)備的體積和零件需求，讓通信設(shè)備的設(shè)置更加隱蔽，讓通信算法更加簡(jiǎn)潔，減少?gòu)?fù)雜工程帶來(lái)的隱蔽性的降低。遠(yuǎn)程通信技術(shù)中線性調(diào)頻信號(hào)的研究能夠讓遙控指令隱蔽發(fā)射，加強(qiáng)抗噪性、防干擾性，這極大地優(yōu)化升級(jí)了水聲通信設(shè)備，讓設(shè)備更加精細(xì)，節(jié)約安裝成本，同時(shí)小型設(shè)施也能增加抗風(fēng)險(xiǎn)能力，同時(shí)能夠擴(kuò)大安裝范圍。

2.4 對(duì)水聲通信速率提升的意義

在海洋中進(jìn)行水聲通信，往往要克服許多環(huán)境上的阻礙干擾，許多海洋生物以及海洋漂浮物給通信帶來(lái)了較大的不確定因素，水聲通信速率低等問(wèn)題頻繁出現(xiàn)。線性調(diào)頻信號(hào)技術(shù)能夠利用更加精便的算法和信息解碼分析技術(shù)進(jìn)行抗干擾措施和防止通信信息受到篡改。在各項(xiàng)通信監(jiān)測(cè)中，利用良好的接收器進(jìn)行信息傳遞，讓水聲通信速率不斷提升[2]。

3 線性調(diào)頻信號(hào)在水聲通信中的應(yīng)用特點(diǎn)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的完善進(jìn)步，線性調(diào)頻信號(hào)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個(gè)水聲通信工程中，以下是其在水聲通信中的幾點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)。

3.1 線性調(diào)頻信號(hào)隨時(shí)間做線性變化

M=B／T 是信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)的斜率，M大于零時(shí)，就是正向線性調(diào)頻脈沖，信號(hào)中的順?biāo)矔r(shí)頻率增大。而M小于零時(shí)，就是反向線性調(diào)頻脈沖，信號(hào)中的順?biāo)矔r(shí)頻率降低。在這其中，T代表著信號(hào)持續(xù)的時(shí)間，B 代表著信號(hào)掃頻帶寬。線性調(diào)頻信號(hào)顧名思義就是隨時(shí)間變動(dòng)而不斷地進(jìn)行線性變化。調(diào)頻順?biāo)矔r(shí)頻率維持在1s，其頻率的變動(dòng)范圍為0～200Hz。

3.2 線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)特點(diǎn)

線性調(diào)頻信號(hào)在發(fā)射傳輸過(guò)程中，需要多個(gè)信息徑道，在接受信息后進(jìn)行分析融合，再進(jìn)行最終信息的獲得。但各個(gè)信息徑道的頻率不同，時(shí)間、范圍、效率會(huì)有所偏差，因此線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)尤為重要。在實(shí)際過(guò)程中，我們可以將信號(hào)徑道進(jìn)行LFM調(diào)制傳輸模擬，對(duì)信息偏差度和延遲率進(jìn)行分析。對(duì)每個(gè)不同的信息進(jìn)行標(biāo)記，將信號(hào)能量進(jìn)行完善記錄。在信息徑道發(fā)射過(guò)程中，將每個(gè)信息徑道收到的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分解，記錄偏差時(shí)間頻率。了解延遲原因進(jìn)行分析優(yōu)化，多個(gè)信號(hào)的接受路徑不同，產(chǎn)生的中頻信號(hào)也不同，找出并過(guò)濾無(wú)用信息徑道，對(duì)其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，減少偏差率，加強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，減少信號(hào)徑道相互的干擾問(wèn)題。

3.3 提高通信功率以及帶寬效率

通信傳輸中，使用波形的調(diào)頻信號(hào)，能對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行路徑完善，提高通信系統(tǒng)的效率。將帶寬功率的效率提高，利用好信號(hào)頻譜的資源，在提高效率的同時(shí)獲得更高的信號(hào)能量，降低信息接收中的錯(cuò)誤率。提高帶寬效率便是提高傳輸中的比特速率，能夠增強(qiáng)信號(hào)的信噪比，降低誤碼率。將線性調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)水中通信一體化，讓信號(hào)信息的發(fā)射更加集中、有效。加上對(duì)通信系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化，能夠極大地提升水中通信的發(fā)展[3]。

3.4 解決碼間串?dāng)_問(wèn)題，獲得通信的穩(wěn)定性

水中的信號(hào)傳播效率往往較低，延遲率較高。各項(xiàng)信號(hào)整合工程較大。因此通過(guò)線性調(diào)頻信號(hào)中的頻率進(jìn)行過(guò)濾，獲得水中的真實(shí)信號(hào)，捕獲信息的傳播，這能夠有效解決信號(hào)碼間串?dāng)_問(wèn)題，讓信號(hào)的防干擾性大大提升，水中通信系統(tǒng)也在無(wú)效信號(hào)的過(guò)濾中，提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性，使得信號(hào)的延遲率降低，獲得優(yōu)質(zhì)的通信效益。

3.5 M 元LFM 通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

M元LFM通信技術(shù)能夠?qū)FM 信號(hào)的函數(shù)特點(diǎn)進(jìn)行利用調(diào)制，將信號(hào)進(jìn)行乘積和信號(hào)衰落性監(jiān)測(cè)，能夠?qū)哳l帶寬進(jìn)行頻率的分析，降低信號(hào)徑道在信號(hào)發(fā)射后的衰落比，降低LFM信號(hào)的敏感度，讓信號(hào)徑道過(guò)多的問(wèn)題不再影響線性調(diào)頻信號(hào)的傳播接收，利用MFSK 系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)更具有加密性和抗干擾性。在路徑傳播途中，利用M個(gè)相關(guān)性低的調(diào)頻信號(hào)，加入一項(xiàng)噪音技術(shù)，讓多個(gè)信號(hào)徑道互相識(shí)別，防止交叉干擾。讓數(shù)據(jù)傳播過(guò)程中出錯(cuò)率大大降低，水中通信傳播的效率更高[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

在海洋活動(dòng)的各項(xiàng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，先進(jìn)的線性調(diào)頻信號(hào)技術(shù)正被廣泛應(yīng)用在水聲通信管理中，其為海洋中各項(xiàng)人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)了更高的經(jīng)濟(jì)效益和通信效率。時(shí)至今日，水聲通信各項(xiàng)智能高新技術(shù)仍然在不停地優(yōu)化完善。必須跟上海洋工程通信建設(shè)發(fā)展的步伐，通過(guò)線性調(diào)頻信號(hào)理論與先進(jìn)通信設(shè)備的結(jié)合，將水聲通信技術(shù)水平不斷優(yōu)化，讓其在海洋活動(dòng)中發(fā)揮更大的功能。