Page 98 - 《应用声学》2024年第6期
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             因此深海声道中声线向声道轴方向偏折,部分掠射
             角较小的声线一直保留在声道轴内,未经界面反射,                           2 系统模型
             能量损失较小,能够实现较远距离传播,有利于远距
             离信息传输。而浅海由于海深较浅,声线在传播过                            2.1  S2C抗多径理论分析
             程中历经多次界面反射,不利于远距离传播。浅海、                               幅度归一化的S2C信号模型             [20]  为
             深海典型声速剖面         [25]  及声传播损失如图1所示。                           ∆
                                                                       c(t) = exp [jϕ(t)] ,               (1)
                 与此同时,由于深海中声线传播空间跨度大、
                                                                                [  (    ⌊    ⌋    )
             传播距离较远,其信道冲激响应存在较长多径时                                     ϕ(t) = 2π f L t −   t   T sw
                                                                                          T sw
             延的现象。图 2 为浅海、深海典型信道冲激响应,                                             (    ⌊    ⌋    ) ]
                                                                                                  2
                                                                                          t
             图 2(a) 所示浅海信道冲激响应           [26]  最大多径时延小                        + m t −        T sw   ,     (2)
                                                                                        T sw
             于 50 ms,而图 2(b) 所示深海信道冲激响应最大多
             径时延大于 2 s。深海信道长多径时延的特点对于                          其中,T sw 为扫频周期,即单个 LFM 脉冲持续时
             远程水声通信产生较大影响。对于扩频水声通信而                            间;⌊.⌋ 表示向下取整,⌊t/T sw ⌋ 为 t 时刻所经历的扫
             言,较长多径时延会引起数十乃至数百个扩频码片                            频周期个数,设 S2C 信号持续时长为 T c ,则 S2C
             间的串扰,从而引起扩频系统性能下降                   [16] 。因此,     中完整扫频个数为 N c = ⌊T c /T sw ⌋;f L 为 LFM
             在保证一定通信速率的前提下,如何在深海长多径                            脉冲的最低频率,f H 为 LFM 脉冲的最高频率,
             时延信道下实现可靠扩频水声通信,是本文主要研                            m = (f H − f L )/2T sw 定义为 LFM 脉冲的调频率,
             究的内容。                                             单位为Hz/s。S2C的时频谱示意图如图3所示。

                                                       dB                                              dB
                 0                                        110   0                                        90
                 10                                       105   5
                 20                                       100   10                                       80
                                                          95
                 30                                       90    15                                       70
                ງए/m  40                                  85  ງए/(10 2  m)  20
                 50
                 60                                       80    25                                       60
                                                          75    30
                 70
                                                          70                                             50
                                                                35
                 80                                       65
                                                                40
                 90                                       60                                             40
                  1530 1535 0  0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0  1500 1550 0  2  4  6   8     10
                                                                                            4
                                           4
                 ܦᤴ/(mSs -1 )        ᡰሏ/(10 m)                  ܦᤴ/(mSs -1 )          ᡰሏ/(10 m)
                                      (a) ู๒                                          (b) ງ๒
                                                图 1  典型声速剖面及声传播损失
                                      Fig. 1 Typical sound speed profile and transmission loss
                       1.0                                      1.0

                       0.8                                      0.8

                      ॆʷӑࣨए  0.6                               ॆʷӑࣨए  0.6

                                                                0.4
                       0.4
                       0.2                                      0.2

                        0                                         0
                         0   0.02  0.04  0.06  0.08  0.10  0.12   0       1       2       3       4
                                        ௑ᫎ/s                                     ௑ᫎ/s
                                       (a) ู๒                                   (b) ງ๒
                                                   图 2  典型信道时域响应
                                          Fig. 2 Typical channel time-domain response
   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103