Page 201 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 魏博文等： 面向通导一体化的声梳信号水声通信方案 197

海试实验表明，声梳信号在保持精确时延估计 [3] Cao L S, Qi D X, Peng R W, et al. Phononic frequency
能力的同时具备实现水声通信的能力。同时，相比 combs through nonlinear resonances[J]. Physical Review
Letters, 2014, 112(7): 075505.
仿真实验的误比特率结果，浅海信道条件下海试水
[4] Kubena R L, Wall W S, Koehl J, et al. Phononic
声通信性能仍有一定差距。除因为仿真所选取的实 comb generation in high-Q quartz resonators[J]. Applied
测信道多径结构都比较简单、海试实验的信道相对 Physics Letters, 2020, 116(5): 053501.
[5] Nguyen B Q H, Maksymov I S, Suslov S A. Spectrally-
恶劣外，声梳信号的峰值平均功率比也非常大，这会
wide acoustic frequency combs generated using oscilla-
导致发射信号出现非线性失真，影响声梳通信的解 tions of polydisperse gas bubble clusters in liquids[J].
调误比特率 [14−15] 。因此改善声梳的峰值平均功率 Physical Review E, 2021, 104(3): 035104.
比是实现声梳信号一体化波形设计的重要研究方 [6] Wu H Z, Qian Z W, Zhang H Y, et al. Precise under-
water distance measurement by dual acoustic frequency
向之一。 combs[J]. Annalen der Physik, 2019, 531(9): 1900283.
[7] 翟京生, 王晓健, 钱治文, 等. 基于四阵元基站的水下航行器自
4 结论 定位方法 [J]. 天津大学学报 (自然科学与工程技术版), 2023,
56(3): 252–259.
光学频率梳已经广泛应用在距离测量、空间定 Zhai Jingsheng, Wang Xiaojian, Qian Zhiwen, et al.
Self-positioning method for underwater vehicles based on
位等领域，已有的研究证明，借鉴其而提出的声梳信
subsea four-element array[J]. Journal of Tianjin Univer-
号也可以用于水下测量定位以及水声通信领域，这 sity(Science and Technology), 2023, 56(3): 252–259.
为通导一体化波形设计提供了新的思路和方向。本 [8] Qian Z W, Sun W Z, Ma X Y, et al. Quadrature acoustic
frequency combs multiplexing for massive parallel under-
文面向这一应用背景，设计了基于声梳信号的水声
water acoustic communications[J]. Annalen der Physik,
通信方案，并进行了仿真性能评估和海试实验。 2022, 534(2): 2100426.
厦门海域浅海水声信道海试实验表明编码后 [9] 王鹏, 潘笑, 温雯, 等. 水下通信定位导航技术分析及一体化
的声梳信号在保持精确时延估计的同时，还可以实 展望 [J]. 舰船科学技术, 2021, 43(3): 134–138.
Wang Peng, Pan Xiao, Wen Wen, et al. Analysis and inte-
现水声通信。需指出，声梳信号是通过多个正弦信 gration prospect of underwater communication position-
号叠加调制生成，导致信号存在峰值平均功率比过 ing and navigation technology[J]. Ship Science and Tech-
高的问题，对通信性能造成明显影响，因而为了保 nology, 2021, 43(3): 134–138.
[10] 卢俊, 张群飞, 史文涛. 水下探测通信一体化关键技术分析 [J].
持声梳信号的定位性能，本文通信方案可支持的通 水下无人系统学报, 2018, 26(5): 470–479.
信速率也较低。考虑到通导一体化波形设计应用场 Lu Jun, Zhang Qunfei, Shi Wentao. Analysis on the key
景，如水下无人潜航器平台、水下网络系统等，未来 technology of integrated underwater detection and com-
munication[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems,
需进一步提高声梳信号的数据传输速率和定位导
2018, 26(5): 470–479.
航精度，降低信号峰值平均功率比，改善声梳信号在 [11] 石扬, 殷敬伟, 韩笑, 等. 潜航器水声通信导航定位一体化技
低SNR、多径多普勒信道条件下的通信性能。 术进展 [J]. 哈尔滨工程大学学报, 2023, 44(1): 1–10.
Shi Yang, Yin Jingwei, Han Xiao, et al. Advances in inte-
grated technology of underwater acoustic communication,
navigation, and positioning of submarines[J]. Journal of
参 考 文 献
Harbin Engineering University, 2023, 44(1): 1–10.
[12] 詹悦, 唐瑞阳, 孙宗鑫. 一种单矢量水听器水下通信定位系统
[1] Maksymov I S, Nguyen B Q H, Pototsky A, et al. Acous- 的设计 [C]. 中国声学学会水声学分会 2021-2022 年学术会议
tic, phononic, brillouin light scattering and faraday wave- 论文集, 2022: 72–75.
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cations[J]. Sensors, 2022, 22(10): 3921. line signal design for multi-AUV navigation[J]. Applied
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Joint Conference of the European Frequency and Time 哈尔滨工程大学, 2018: 19–22.
Forum and IEEE International Frequency Control Sym- [15] Amir A. 降低水声 OFDM 通信系统峰均比方法研究 [D]. 哈
posium, 2017: 148–152. 尔滨: 哈尔滨工程大学, 2022: 26–27.