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面向小型水下无人平台的移动水声通信系统

姚俊辉 赵燕锋 童峰 陈东升 上官明禹

姚俊辉, 赵燕锋, 童峰, 等. 面向小型水下无人平台的移动水声通信系统[J]. 水下无人系统学报, 2022, 30(6): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029
引用本文: 姚俊辉, 赵燕锋, 童峰, 等. 面向小型水下无人平台的移动水声通信系统[J]. 水下无人系统学报, 2022, 30(6): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029
YAO Jun-hui, ZHAO Yan-feng, TONG Feng, CHEN Dong-sheng, SHANGGUAN Ming-Yu. Mobile Underwater Acoustic Communication System for Small Underwater Unmanned Platform[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029
Citation: YAO Jun-hui, ZHAO Yan-feng, TONG Feng, CHEN Dong-sheng, SHANGGUAN Ming-Yu. Mobile Underwater Acoustic Communication System for Small Underwater Unmanned Platform[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029

面向小型水下无人平台的移动水声通信系统

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFE0110000); 上海市科委“科技创新行动计划”项目(21DZ1205502)
详细信息
    作者简介:

    姚俊辉(1998-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水声通信

  • 中图分类号: TJ630.34; U666.7

Mobile Underwater Acoustic Communication System for Small Underwater Unmanned Platform

  • 摘要: 移动水声通信信道具有典型的多径、多普勒双重扩展特征, 严重影响通信性能。特别是用于水下特战等领域的小型水下无人平台装备, 具有航行状态多变、多浅海应用、受限功耗下发射功率低等特点, 导致多普勒变化、多径严重、信噪比低, 对传统移动水声通信方案造成极大挑战。文中提出了一种面向特战领域小型水下无人平台的移动水声通信方案, 该方案通过直接数字频率合成器芯片, 调整系统模拟/数字转换采样率, 从而在硬件上实现实时多普勒补偿; 结合直接扩频序列调制, 提高低信噪比条件下的抗多径性能; 采用双曲调频同步设计保证同步捕获性能。半实物仿真实验结果验证了该系统的有效性。

     

  • 图  1  发射信号帧格式

    Figure  1.  Transmit signal frame format

    图  2  DS-QDPSK系统流程

    Figure  2.  System process of DS-QDPSK

    图  3  HFM信号的时频图

    Figure  3.  Time-frequency diagram of HFM signal

    图  4  多普勒估计与补偿流程

    Figure  4.  Doppler estimation and compensation process

    图  5  水声信道仿真模型

    Figure  5.  Simulation model of underwater acoustic channel

    图  6  BELLHOP仿真多径信道

    Figure  6.  Multipath channel simulation of BELLHOP

    图  7  信道单位冲激响应

    Figure  7.  Impulse response of channel

    图  8  半实物仿真实验流程

    Figure  8.  Flow of hardware-in-the-loop simulation experiment

    图  9  多普勒估计结果

    Figure  9.  Doppler estimation results

    图  10  半实物仿真的误比特率结果

    Figure  10.  Bit error rate results of hardware-in-the-loop simulation

  • [1] 李斌, 郑思远, 曹秀岭, 等. 一种AUV移动OFDM水声通信系统设计[J]. 水下无人系统学报, 2018, 26(6): 612-617.

    Li Bin, Zheng Si-yuan, Cao Xiu-ling, et al. Design on Mobile OFDM Underwater Acoustic Communication System for an AUV[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2018, 26(6): 612-617.
    [2] 胡安平, 高锐, 张建春. 水声信道传输特性研究[J]. 现代导航, 2013(4): 278-284.

    Hu An-ping, Gao Rui, Zhang Jian-chun. Study of Underwater Acoustic Channel Transmission[J]. Modern Navigation, 2013(4): 278-284.
    [3] Sharif B S, Neasham J, Hinton O R, et al. A Computationally Efficient Doppler Compensation System for Underwater Acoustic Communications[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2000, 25(1): 52-61. doi: 10.1109/48.820736
    [4] Zakharov Y V, Kodanev V P. Experimental Study of an Underwater Acoustic Communication System with Pseudonoise Signals[J]. Acoustical Physics, 1994, 40(5): 707-715.
    [5] Zakharov Y V, Morozov A K. OFDM Transmission without Guard Interval in Fast-varying Underwater Acoustic Channels[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2015, 40(1): 144-158. doi: 10.1109/JOE.2013.2296842
    [6] 周成阳, 王巍, 洪丹阳, 等. 基于数据样本方差的正交频分复用水声通信多普勒频移估计方法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2035-2044. doi: 10.11999/JEIT210348

    Zhou Cheng-yang, Wang Wei, Hong Dan-yang, et al. Doppler Frequency Shift Estimation Method for Orthogonal Frequency Division Multiplexing Underwater Acoustic Communication Based on Data Sample Variance[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2035-2044. doi: 10.11999/JEIT210348
    [7] Li B, Tong F, Li J H, et al. Cross-correlation Quasi-gradient Doppler Estimation for Underwater Acoustic OFDM Mobile Communications[J]. Applied Acoustics, 2022, 190: 108640. doi: 10.1016/j.apacoust.2022.108640
    [8] 张晓. 水面母船与水下平台间水声通信技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2016.
    [9] 王小阳, 郑思远, 李斌, 等. 基于AD变采样抑制多普勒的移动水声通信系统[J]. 水下无人系统报, 2018, 26(5): 465-469.

    Wang Xiao-yang, Zheng Si-yuan, Li Bin, et al. Mobile Underwater Acoustic Communication System Based on AD Variable Sampling[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2018, 26(5): 465-469.
    [10] 周跃海, 李芳兰, 陈楷, 等. 低信噪比条件下时间反转扩频水声通信研究[J]. 电子与信息学报, 2012, 34(7): 1685-1689.

    Zhou Yue-hai, Li Fang-lan, Chen Kai, et al. Research on Time Reversal Spread Spectrum Underwater Acoustic Communication under Low SNR[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2012, 34(7): 1685-1689.
    [11] Zhao S, Yan S, Xu L. Doppler Estimation Based on HFM Signal for Underwater Acoustic Time-varying Multipath Channel[C]//2019 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing(ICSPCC). Dalian, China: IEEE, 2019: 1-6.
    [12] 任达千, 杨世锡, 吴昭同, 等. 信号瞬时频率直接计算法与Hilbert变换及Teager能量法比较[J]. 机械工程学报, 2013, 49(9): 42-48. doi: 10.3901/JME.2013.09.042

    Ren Da-qian, Yang Shi-xi, Wu Zhao-tong, et al. Comparison of Instantaneous Frequency Directed Computing Method and Hilbert Transform and Teager Energy Method[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2013, 49(9): 42-48. doi: 10.3901/JME.2013.09.042
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-31
  • 录用日期:  2022-09-27
  • 修回日期:  2022-09-13
  • 网络出版日期:  2022-11-08

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