电子设计工程
Electronic Design Engineering
第24卷Vol．24第24期Ｎo．242０16年12月Dec．2０16
收稿日期：2０15－12－０８稿件编号：2０1512０92
作者简介：李伦（199０—），男，四川自贡人，硕士研究生。研究方向：声学参量阵、水声通信技术。
由于电磁波在水中的衰减系数较大，而声波作为非电磁波能够实现水下远距离传输。因此，水下通信主要是水下声波通信[1]。国内外对于水声通信的研究已经投入了大量的资源和时间，目前水下通信系统取得了一定的发展和进步，但是仍然存在着诸多理论与技术问题，主要体现在：水声信道时变多径传播特性、水声信道特有的能量吸收特性和衰减影响、载波带宽极其有限等问题是限制水声通信技术向高速、高稳定通信系统发展的技术瓶颈。利用参量阵的超声波原频信号的高指向性避免信道的多途效应，根据参量阵差频信号具有的指向性和低频信道特性实现调制信号有效传输，在有限带宽的水声信道中充分利用信道空间资源能够为水声系统的发展提供一种有效的途径。
文中将在射线理论基础上利用信道－多途比（Signal－
Multipath Ratio SMR ）作为衡量信道质量的指标，分析普通水
下声源的通信信道情况，再利用水声参量阵指向性特性，并通过水声参量阵的理论模型对参量阵水声信道的质量进行仿真分析。
1浅海水声通信系统信道质量分析
海洋水声环境中，声速大小呈现垂直方向分层分布，其
分布函数主要与海水温度、盐度、压力等因素有关，声波在传播过程中不同声速层之间发生折射现象，并满足Snell 定律，使声波路径朝向声速大的方向弯曲。但是当今水声通信主要集中在浅海中进行，并且浅海环境比深海环境更加复杂（深海环境稳定，受波浪、船舶、潮汐等影响小），故文中主要针对浅海水声环境进行分析，声速为定值，并把声线当作直线处理[2]。
声波在海洋中存在海面和海底的反射以及海洋不同垂直分布层之间的折射，使得海洋信道不是单途信道而是多途信道。如果将海面和海底都看作平滑表面，声波在不均匀海洋介质中将产生稳定的多途信号。通过实际试验测量得到图
1所示[3]，发现多途信号的理论预测和实际测量具有极大的相
似性，说明利用理论模型（射线理论）是可以预测多途结构。在已知声速－深度分布曲线时，可用射线理论来预测水声信道结构，能够有效和清晰的解决海洋中的声传播问题[3]。
由于多途信号间的干扰，式中接收信号幅度会随着频率的变化而起伏。信道系统接收的信号可以表示如式（1）[4]：
基于参量阵的水声通信信道分析
李伦，陈敏，袁寿星，胡伦川
（电子科技大学航空航天学院，四川成都611731）
摘要：为了减少水声通信信号在传播过程中的多途干扰，提高水声通信系统的抗干扰能力，提高通信速率和通信安全性，提出了一种基于声学参量阵的水声通信系统设计方案，在传统水声信道模型的基础上，对水声参量阵的信道模型进行建模和仿真分析。通过仿真分析表明，该水声通信系统在理论上能有效的提高水声信道质量，提高水声通信系统的抗干扰能力和速率。
关键词：参量阵；水声通信；多途效应；抗干扰；通信速率中图分类号：ＴＮ929．3
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2０16）24－０127－０5
Analysis of underwater acoustic communication channel based on parametric array
LI Lun ，CHEＮMin ，YUAＮShou -xing ，HU Lun -chuan
（School of Aeronautics and Astronautics of UESTC ，Chengdu 611731，China ）
Abstract:In order to restrain the ｍultipath interference in the coｍｍunication of underwater acoustic ，enhance the anti－interference ability of the underwater acoustic coｍｍunication systeｍ，enhance the coｍｍunication rate and security ，a design of underwater acoustic coｍｍunication systeｍbased on acoustic paraｍetric array is proposed．Ｔhe siｍulation analysis shows that the underwater acoustic coｍｍunication systeｍbased on paraｍetric array can effectively iｍprove the quality of the underwater acoustic channel and iｍprove the anti -interference ability and the Ratio of underwater acoustic coｍｍunication systeｍ．
Key words:paraｍetric array ；underwater coｍｍunication ；ｍultipath
-interference ；anti -interference coｍｍunication rate
图1多途信号的理论预测和实测波形
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万方数据