[发明专利]一种载波频率自适应水下通信方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信领域，尤其是一种载波频率自适应水下通信方法及其装置。

背景技术

实际水声信道非常复杂，它存在着水面和水底两个界面。由于温度、盐度和静压力的影响，水中不同深度声速是不同的，存在着声速垂直分布，会使声波产生折射。上下边界的反射和在水中的折射使得实际水声信道不是单途径信道而是多径信道。为了降低多径干扰的影响，通常采用非相干检测方法。移频键控通信方式可以采用非相干检测方法实现。因此，移频键控在水声通信中得到了广泛的应用。

对于传统的应用于水声通信中的移频键控通信方式，载波频率是固定的，这对适应不同海洋环境下复杂多变的水声信道造成了很大的局限性。水下的声传播主要由传播损失、噪声及信道的时变和空变性决定。传播损失、噪声和信道的特性受信道所处的环境和位置影响比较大。比如，近岸地区与深海地区的声传播特性和信道特性差异就非常大。水声通信链路依据距离可分为五类：超长、长、中等、短、极短程信道。对一个工作距离在10-100km的长程系统言，带宽限制在几kHz内。中等距离(1-10km)系统的带宽在数十KHz的量级上。只有在距离小于100m的条件下，才可以获得多于100kHz的带宽。考虑水声信道这些复杂多变的情况和特性，本水下通信方法的载波频率值可根据工作距离进行调整，以适应信道的特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种载波频率值可根据工作距离进行调整的水下通信方法及其装置，以适应复杂多变的水声信道特性。

本发明所采用的技术方案为：一种载波频率自适应水下通信方法，水下移动通信终端与中继平台通过水声信道进行通信；中继平台获得的数据再通过有线信道或无线信道与陆地通信装置进行通信，将采集的信息送给陆地通信装置进行存储及分析，具体包括以下步骤：

1)水下移动通信终端最初被投放到水中预定位置时，根据与中继平台的距离依据数据确定初始载波频率进行通信；

2)移动水下移动通信终端，在水下移动通信终端移动过程中，对水下移动通信终端与中继平台的距离进行测量；

3)根据步骤2)测得的距离确定载波基准频率及进行2FSK通信的传号频率和空号频率；

4)待步骤3)中的所有新的通信频率确定后，水下移动通信终端向中继平台发送报文告知新的通信频率，并等待中继平台发送确认报文；收到确认报文后，水下移动通信终端和中继平台将通信频率更改为新的通信频率；

5)以步骤4)中确定的新的通信频率进行通信，并更改调制器的载频和解调器的相关参数。

进一步的说，本发明所述的步骤2)中的测量方法为：通过发送时间信息收集报文进行测量，将发送报文的时刻以时间戳的方式写入到报文中；由公式测得水下移动通信终端与中继平台的距离:l＝340t_d；其中，报文从水下移动通信终端沿正向路径发送报文的发送时间戳为T_z1,中继平台沿正向路径接收到的报文的接收时刻为T_z2；水下移动通信终端沿反向路径接收报文的接收时刻为T_f1,中继平台沿反向路径发送报文的发送时间戳为T_f2；水下移动通信终端与中继平台的传输时延为t_d。

再进一步的说，本发明所述的步骤3)中，采用线性内插法计算水下移动通信终端与中继平台的距离所对应的载波基准频率为：其中，l_a、l_b为设定的基准距离，f_a、f_b为所对应的载波频率，且l_a＜l＜l_b。

同时，本发明还提供一种载波频率自适应水下通信方法所用到的装置，包括水下移动通信终端、中继平台以及陆地通信装置；所述的水下移动通信终端与中继平台通过水声信道进行通信；中继平台获得的数据再通过有线信道或无线信道与陆地通信装置进行通信，将采集的信息送给陆地通信装置进行存储及分析；所述的水下移动通信终端包括测量模块、控制模块、编码解码模块、调制器、解调器以及水声换能器；所述的测量模块将测量或监测得到的水下信息，传送给控制模块；所述的控制模块将数据由编码解码模块进行编码，然后由调制器进行2FSK数字调制；2FSK通过水声换能器由数字信号变成声信号，通过水声信道传输；所述的中继平台发送的命令和确认信息经水声信道传输后，通过水声换能器由声音信号变为电信号，经数字解调，解码后传送给控制模块。