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水声通讯中OFDM调制技术研究水声通信是一种利用水环境传输信息的技术，适用于水下数据传输、声呐测距、地震勘探等领域。
由于水中信道受多种复杂因素影响，如多径传播、海水吸收、表面反射等，传统的基于单载波调制的水声通信难以满足高速、高质量、深度的信息传输需求。
OFDM（正交频分复用）调制技术作为一种多载波调制技术，通过将传输信号分成多个小块，在不同的载波上同时传输，具有抗干扰能力强、传输速率快、频谱利用率高等优点，因此成为水声通信领域的研究热点。
一、OFDM调制技术的基本原理OFDM技术将传输带宽分为若干个子载波，每个子载波之间正交，可以实现不同子载波的并行传输。
具体地，将要传输的数据以一定速率进行调制后发送到n个正交子载波上，符号时间为子信道的长度，可以方便地设计接收滤波器。
同时，OFDM系统还引入了循环频率前缀（Cyclic Prefix，CP）技术，以保证信号之间的正交性，进一步减小系统误码率。
二、OFDM调制技术在水声通信中的优势1. 抗多径传播干扰多径传播是水下信号传输中常见的问题，会引起码间干扰和时延扩展等问题。
OFDM技术通过将数据流分成多个子载波进行传输，这些子载波在水下传播具有不同的延迟、相位和振幅，能够有效地减少多径衰落效应，提高码间抗干扰能力。
2. 高速传输基于OFDM调制技术的水声通信系统能够实现高速数据传输，因为子载波之间具有正交性而不会相互干扰，通过合理设计带宽、子载波个数以及信道编码等便可提高传输速率。
3. 增大频谱利用率水下信道的带宽有限，而随着水声通信的广泛应用，频谱资源变得越发稀缺。
OFDM技术将信道带宽分成多个子信道，通过正交子载波实现同时传输，从而实现提高频谱利用率的目的。
三、OFDM调制技术在水声通信中的应用现状OFDM技术在水声通信领域具有广泛应用前景，并已经投入到实际工程中。
例如，美国海军开发了基于OFDM的水声通信系统，采用了多通道设计和自适应调整功能，可实现1.5Mbps的高速数据传输。
水声通信系统中的音频信号处理技术研究水声通信是指利用水传播声音来进行信息传送的通信方式。
由于水的传输特性和声波的特性不同于空气中的传输，水声通信具有传输距离远、传递速度慢、信噪比低等特点。
为了在水下环境中实现高质量、高稳定的水声通信，需要采用一系列音频信号处理技术。
本文将分析水声传输中的音频信号特点以及目前已有的音频信号处理技术。
一、水声通信中的音频信号特点1. 传输损耗大：水的传输特性使得声波在水下传播时，会遇到较大的衰减和散射，信号损耗较大。
2. 带宽有限：水声通信波长较长，可用的频带宽度较窄，因此传输速率比其他通信方式慢。
3. 多径传输：水中存在反射、折射、散射等多种传输方式，会使得接收端接收到多个信号，导致信号复杂。
4. 信噪比低：水声通信中的信噪比较低，主要受到背景噪声和声波散射的影响，需要采取措施降低噪声干扰。
二、音频信号处理技术1. 声波传输模型：建立适合水声通信信道的声波传输模型，以了解信号在水下传输的特点和规律，为后续的音频信号处理提供依据。
2. 预编码技术：对发送信号进行预编码，在接收端进行解码，以降低信号的传输损耗。
预编码技术包括差分编码、多智能体技术等。
3. 码元调制技术：对消息进行编码，将其转化为合适的信号，以提高传输效率和可靠性。
常用的码元调制技术有PSK、FSK、ASK等。
4. 多径传输补偿技术：针对水声通信中存在的多径传输问题，采用多径传输补偿技术，如自适应均衡、时域均衡、频域均衡等。
5. 盲源分离技术：通过将信号分解成多个独立源信号，实现信号的分离和去噪。
常用的盲源分离技术有独立分量分析（ICA）、主成分分析（PCA）、小波变换等。
6. 降噪技术：通过消除背景噪声，以提高信号的质量和可靠性。
常用的降噪技术包括谱减法、小波阈值法等。
7. 频偏补偿技术：针对水声传输中频率偏移较大的问题，采用频偏补偿技术进行处理。
常用的补偿方法有数字预处理方法、FIR低通滤波器等。
三、水声通信系统的应用水声通信系统被广泛应用于海洋勘探、水下探测、海底网格状传感器网络等领域。
3种辐射头水声宽带换能器设计及布阵技术应用
田丰华;刘亚盈;何文峰
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2012(020)005
【摘要】为了充分利用声纳的布阵空间,增加辐射面积,从而提高声纳基阵的整体性能,采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了圆形、方形和六边形辐射头水声宽带换能器.在辐射面积、压电元件和长度等要素相同的条件下,仿真计算了3种不同形状的辐射头对水声宽带换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度和收发频带宽度等性能的影响,并对结构进行了优化；研制了3种不同形状辐射头换能器并进行了水池试验,测试结果与计算结果具有较好的一致性.最后,在声纳开窗尺寸相同的情况下,对3种换能器的布阵效果进行了研究.
【总页数】5页(P348-352)
【作者】田丰华;刘亚盈;何文峰
【作者单位】中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075
【正文语种】中文
【中图分类】TJ630.34;TB565.1
【相关文献】
1.水声宽带换能器阻抗匹配电路设计 [J], 李路路;王振宇;郭庆
2.Cymbal单元的薄型低频宽带水声发射换能器设计 [J], 唐俊;秦雷;王同庆
3.一种多模宽带水声换能器设计 [J], 张文波;王明洲;郝保安
4.宽带纵振Tonpilz型水声换能器的优化设计 [J], 滕舵;陈航;张允孟
5.宽带组合式水声换能器设计研制及应用 [J], 张庆国;黄其培;李兴武;连莉
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第2章水声换能器1.水听器2.水声发射换能器3.实验1 •水听器（1）分类根据其用途和校准的准确度根据其使用材料根据其用途和校准的准确度分为两级：A.—级标准水听器建立水声声压基准，并通过它传递声学量单位。
绝对法校准。
E.二级标准水听器（测量水听器）用作实验室中一般测试。
比较法校准。
根据其使用材料可分为：a、压电式：b、动圈式（或电动式）c、磁致伸缩式d、光纤式⑵参数①水听器接收灵敏度②水听器的指向性③水听器的电阻抗④动态范怜I①水听器接收灵敏度水听器自由场电压灵敏度：水听器在平面自由声场中输出端的开路电压与声场中放入水听器之前存在于水听器声中心位置处自由场声压的比值。
水听器声压灵敏度：水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值。
②水听器的指向性•指向性响应图・指向性指数・指向性因数表示水听器在远场平面波作用卞，所产生的开路输出电压随入射方向变化的曲线图。
指向性指数DI和指向性因数对于水听器，其指向性因数代表定向接收器输出端的信噪比比无指向性接收器输出端的信噪比提高的倍数。
r>/ = ioi g^③水听器的电阻抗在某频率卞加于换能器电端的瞬时电压与所引起的瞬时电流的复数比。
换能器电阻抗的倒数称为换能器的电导纳。
④动态范围水听器主轴方向入射的正弦平面行波使水听器产生的开路电压等于水听器实际输出的带宽1Hz的开路噪声电压时，则该声波的声压级就是水听器的等效噪声声压级。
水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差。
水听器的过载声压级引起水听器过载的作用声压级。
水听器的等效噪声压级(3) GB/T4128-1995一、二级标准水听器声学性能指标灵敏度指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏度或自由场低频灵敏度。
按照国家标准规定用于lHz~100kHz频率范怜I的压电型标准水听器(以下同)：一级：不低于-205dB(0dB re lv / u Pa)二级：不低于-210dB (OdB relv/uPa)自由场灵敏度频率响应自由场灵敏度频响相对于声压灵敏度在整个使用频率范怜I内，至少有三个十倍频程范闱：一级：其灵敏度的不均匀性小于±1.5dE,在其他频率范围内灵敏度变化不超过-6dE或-lOdBo二级：其灵敏度的不均匀性小于±2dE,在其他频率范闱内灵敏度变化不超过+6dE或-lOdBo 灵敏度校准及其准确度低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进行校准，其校准准确度优于土0.5dE；高频段应用国标GB3223-82中规定的互易法进行校准，其校准准确度应优于土0.7dE°低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进行校准，其校准准确度优于±1.0dE；高频段应用国标GB3223-82中规定的比较法进行校准，其校准准确度应优于±1.5dE°指向性一级：水平指向性：在最高使用频率下的-3dE波束宽度应人于300,在选定方向(或主轴)土50的范围内灵敏度变化应小于土0.2dBo垂直指向性：在最高使用频率下的-3dE波束宽度应人于150,在选定方向(或主轴) ±20的范围内灵敏度变化应小于土0.2dBo二级：在使用的频率范I制内，其水平指向性图与理想的全指向性图的偏差应小于±2dE。
带声匹配板的Tonpilz压电水声换能器
名田孝稔;张润中
【期刊名称】《声学与电子工程》
【年(卷),期】1989(000)003
【摘要】@@ 1.引言rn宽带大功率水声换能器由于具有优良的脉冲响应特性,且能够接收和发射各种信号,它已不仅是高分辨力声纳的关键部件,而且已成为水下通信系统必不可少的关键部件.rn本文所述的换能器是附加有声匹配板的Tonpilz换能器[1](Tonpilz换能器即串并联电路机械模拟换能器--译注),它是根据多模式滤波器合成理论[2]设计的.我们用这种方法设计了9个换能器,并构成了一个24kHz的基阵.由于对这一试制进行鉴定取得了良好的结果,故在这里作一介绍.
【总页数】2页(P44-45)
【作者】名田孝稔;张润中
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB5
【相关文献】
1.匹配层结构Tonpilz水声换能器的有限元分析 [J], 韩宝栋;张恺
2.测量船水声换能器透声板防腐涂料测试 [J], 刘保良;赵先龙;李广建
3.宽带纵振Tonpilz型水声换能器的优化设计 [J], 滕舵;陈航;张允孟
4.Tonpilz型水声换能器的优化设计 [J], 滕舵;陈航;张允孟
5.压电水声换能器宽带匹配特性研究 [J], 周瑜;涂其捷;杨荣耀;唐建生
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转载水声换能器基本知识风云使者 nbsp 20 转载水声换能器基本知识风云使者nbsp 20[转载]水声换能器基本知识 2009年07月29日地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。
当今各国都在努力加强海军建设和大范围地开发海洋事业。
声纳这一水下探测设备成了开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。
人们比喻声纳设备是舰船的水下耳目，换能器及其基阵则可谓之耳目的鼓膜和瞳孔了。
由于电磁波在水下传播衰减极快，探测距离甚微，因此发现和测量水下目标，目前仍主要采用声纳。
声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听;或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播打到目标反射回来接收之，再转变为电信号供收听或观察，由此可以判断水下目标的方位和距离。
在这个水下电声信号的转换过程中的关键设备就是水声换能器或是换能器阵。
水声换能器的应用水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。
这里仅介绍几种在水下探测方面的应用:在测深方面:无论是军舰或是民船为保证航行安全都要安装测深声纳。
此外在航道检测港务工程中的专用船只上都备有精度高功能齐全的测深仪，止触礁和撞击浮动冰山。
用于内河和大洋中的测深深度大约相差三个数量级，所以测深换能器的频率和功率也相差甚远。
频率为10kHz~200 kHz的范围内较多;功率从数瓦到数十千瓦。
高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋大深度。
对这类换能器的要求是波束稳定，主波束尖锐以利提高水平方向分辨率。
在定位、测距方面:在测量航船对地的航行速度上，大多采用多普勒声纳。
用四个性能相同的换能器分别排列在龙骨相垂直的左右舷方向。
一般使用100kHz到500kHz的频率。
在海洋考查，海底地层勘探方面:从所周知，海洋中除了有丰富水生物资源外，海底地层下面还蕴藏着许多矿物资源，目前许多国家都大力开发海底石油和天然气。
发射端和接收端换能器的工作原理一、引言发射端和接收端换能器是声纳系统中的重要组成部分，它们起着将电能和声能相互转换的作用。
发射端换能器将电能转换为声能并将声波发送出去，而接收端换能器则将接收到的声波转换为电能，从而完成声纳系统的工作。
本文将从发射端和接收端换能器的工作原理两个方面进行探讨。
二、发射端换能器的工作原理发射端换能器主要由压电材料和金属薄膜构成。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 施加电压：首先，发射端换能器需要通过外部电源施加电压。
这个电压会在压电材料上产生压电效应，使材料发生形变。
2. 压电效应：压电材料具有压电效应，即在受到外界电场作用时，材料会发生形变。
这种形变是由于材料内部的极化现象引起的。
3. 振动产生：通过电压的作用，压电材料开始发生形变，并随之振动。
这种振动可以产生声波，将电能转换为声能。
4. 声波发射：发射端换能器将产生的声波通过水中的介质传播出去，实现声纳系统的发射功能。
三、接收端换能器的工作原理接收端换能器与发射端换能器类似，也是由压电材料和金属薄膜构成。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 声波接收：首先，接收端换能器需要将周围的声波接收到。
声波通过水介质传播到接收端换能器上。
2. 压电效应：接收端换能器的压电材料会受到声波的作用而发生形变。
声波的振动能量被转化为压电效应，产生电荷。
3. 电荷产生：压电材料的形变引起了材料内部的极化，从而产生电荷。
这些电荷随后会在金属薄膜上积累。
4. 电信号输出：通过电荷的积累，接收端换能器会输出一个电信号。
这个电信号可以被声纳系统接收和处理，从而实现声波信号的转换。
四、发射端和接收端换能器的关系发射端换能器和接收端换能器在声纳系统中起着互补的作用。
发射端换能器负责将电能转换为声能并将声波发送出去，而接收端换能器则负责将接收到的声波转换为电能。
在发射端换能器中，施加电压会使压电材料发生形变，并产生声波。
这些声波通过水介质传播出去，完成声纳系统的发射功能。
