俄罗斯和中国科学家联合开发用于消除水声通信错误的软件

4月13日报道: 俄罗斯“5-100”项目新闻处向卫星通讯社表示,俄远东联邦大学工程学院和中国哈尔滨工程大学的科学家联合开发了一款用于消除水声通信错误的软件。


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美国海军第18艘“弗吉尼亚”级攻击型潜艇“特拉华”号投入使用© CC0 / U.S. NAVY/ASHLEY COWAN / SUBMARINE USS DELAWARE (SSN 791)


该软件可安装在现有的潜水器定位平台上,可用于更准确地确定水下物体坐标、传输数据、寻找矿藏和沉船,能优化潜水器导航及潜水器间互动,并有助于更准确地确定不同潜水器的相对位置。


俄远东联邦大学工程学院仪表制造教研室主任弗拉基米尔∙科罗琴采夫说:“我们可以在六个自由度,而不是四个自由度控制水下物体位置。这就是说,软件不仅考虑平面位移,也考虑角位移。”


安装该软件的水声系统在试验池的测试很成功,定位误差仅为2%至3%。


水声通信(Underwater acoustic communication)是一项在水下收发信息的技术,是当前海洋军事中最重要和关键的技术。常见的水声通信方法是采用扩频通信技术,如CDMA等。


水声通信的工作原理是将文字、语音、图像等信息,通过电发送机转换成电信号,并由编码器将信息数字化处理后,换能器又将电信号转换为声信号。


水声通信水下通信非常困难,主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽窄、信号衰减严重,特别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来说速率非常低,因为水下通信采用的是声波而非无线电波。常见的水声通信方法是采用扩频通信技术,如CDMA等。 补充:水声通信技术发展的已经较为成熟,国外很多机构都已研制出水声通信Modem,通信方式主要有:OFDM,扩频以及其它的一些调制方式。此外,水声通信技术已发展到网络化的阶段,将无线电中的网络技术(Ad Hoc)应用到水声通信网络中,可以在海洋里实现全方位、立体化通信(可以与AUV、UUV等无人设备结合使用),但只有少数国家试验成功。


工作原理是首先将文字、语音、图像等信息,通过电发送机转换成电信号,并由编码器将信息数字化处理后,换能器又将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质,将信息传递到接收换能器,这时声信号又转换为电信号,解码器将数字信息破译后,电接收机才将信息变成声音、文字及图片。

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这是国际上高水平的技术,在远距离水里能清楚地接收到语音信号,世界上也只有极少数军事强国才能做到。 水声通信机使用的是模拟信号,可是海洋中的波浪、鱼类、舰船等产生噪声,使海洋中的声场极为混乱,声波在海水中传递时产生“多途径干扰信号”这一较大的难题,导致接收到的信号模糊不清。


半个世纪以来,水声领域的专家对这一难题一直束手无策,老式的模拟水声通信机一直沿用至今。由于数字通信的产生,陆地上的信号干扰被成功解决,水声领域的专家也开始了在该领域进行探索。


他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法, 最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信,它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。


因为海水成分很复杂,所以声波传递时就被吸收了一部分,而且频率越高吸收就越厉害,对于频率低的声波海水反而吸收少。专家测得结果,声波频率在4000赫兹左右为远距离传递的最佳频率,而用4000赫兹的频率去实现跳频通信,频点与频点之间的距离就很小了。


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