水下無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電氣工程及其自動(dòng)化水下無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前言：早在2000年前的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就出現(xiàn)了烽火臺(tái)這種原始的通信手段。烽火天白天可以然煙，晚上可以舉火。通過(guò)簡(jiǎn)單的“編碼”就可以向遠(yuǎn)處的友軍傳遞敵情，通知后方部隊(duì)。然而真正意義上的通信起始于1838年摩爾發(fā)明了有線(xiàn)電報(bào)以后，在這之后的幾十年時(shí)間里，電話(huà)，無(wú)線(xiàn)電報(bào)相繼問(wèn)世。通信發(fā)展在上個(gè)世紀(jì)末進(jìn)入了它的黃金時(shí)期，微波、衛(wèi)星通信，計(jì)算機(jī)局域、廣域網(wǎng)絡(luò)，第三代無(wú)線(xiàn)通信等都進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。眾所周知，地球上有有70%的面積是海洋，海洋中有大量的資源有待開(kāi)發(fā)，海軍也是各個(gè)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的軍事力量，所以，水

2、下無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)運(yùn)而生，水下無(wú)線(xiàn)通信是研制海洋觀測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。借助海洋觀測(cè)系統(tǒng)，可以采集有關(guān)海洋學(xué)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)環(huán)境污染、氣候變化、海底異常地震火山活動(dòng)，探查海底目標(biāo)，以及遠(yuǎn)距離圖像傳輸。水下無(wú)線(xiàn)通信在軍事中也起到至關(guān)重要的作用，而且水下無(wú)線(xiàn)通信也是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。水下無(wú)線(xiàn)通信主要可以分成三大類(lèi)：水下電磁波通信、水聲通信和水下光通信，它們具有不同的特性及應(yīng)用場(chǎng)合。主題：1、電磁波通信自從通信技術(shù)出現(xiàn)的那一天起，科學(xué)家們就一直把開(kāi)發(fā)電磁波的各個(gè)波段、利用電磁波進(jìn)行通信作為重要的研究方向之一．可以說(shuō)通信的發(fā)展史，就是電磁波的開(kāi)拓史．電磁波的發(fā)現(xiàn)歸功于

3、德國(guó)物理學(xué)家赫茲和英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋．麥克斯韋指出：“交變的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，而交變的磁場(chǎng)又會(huì)激起交變的電場(chǎng)”．這就是說(shuō)，只要在空間某處存在一個(gè)交變的電場(chǎng)，那么它的周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生一個(gè)新的交變磁場(chǎng)，而這個(gè)新的交變磁場(chǎng)又會(huì)在遠(yuǎn)處激發(fā)一個(gè)交變的電場(chǎng)．這種交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)稱(chēng)為電磁場(chǎng)．這種交變的電磁場(chǎng)會(huì)在空間以電磁波的形式由近及遠(yuǎn)地傳播開(kāi)去，這就是電磁波．5麥克斯韋在1864年用數(shù)學(xué)的方法從理論上嚴(yán)格地推導(dǎo)出了電磁波的波動(dòng)方程，并求得電磁波的傳播速度等于光速．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在．20年后，德國(guó)物理學(xué)家赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋的預(yù)言，電磁波的確存在

4、，它就像我們身邊的桌椅一樣是實(shí)實(shí)在在的．從此，一項(xiàng)劃時(shí)代的新技術(shù)——無(wú)線(xiàn)電技術(shù)誕生了．不久，各國(guó)的學(xué)者紛紛開(kāi)始研究如何利用電磁波作為無(wú)線(xiàn)傳輸信息的工具．1894年，電磁波進(jìn)入了通信領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線(xiàn)通信的新時(shí)代．海水據(jù)有導(dǎo)電的性質(zhì)，因而海水對(duì)電磁有屏蔽的作用。海水中含有多種帶電離子，所以對(duì)平面電磁波傳播而言海水是有耗媒質(zhì)，這決定了平面電磁波在海水中的傳播衰減很大。軍用岸對(duì)潛艇甚低頻單向通信是一種世界各國(guó)家海軍傳統(tǒng)的軍用遠(yuǎn)程單向通信方式，它從發(fā)射到接收的海區(qū)之間的傳播路徑是在大氣層中，衰減比較小，但從大氣層進(jìn)人海面再到海面以下一定深度接收點(diǎn)的過(guò)程中，電磁波場(chǎng)

5、強(qiáng)就會(huì)急劇下降。這就決定了水下電磁波通信只能用于遠(yuǎn)距離的小深度的水下通信。上世紀(jì)冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)和前蘇聯(lián)分別將岸對(duì)潛(艇)單向通信的工作頻率，從甚低頻的幾十千赫茲降到了超低頻的100Hz以下，從而實(shí)現(xiàn)了100m左右的收信深度。以上兩種方式的通信，發(fā)射設(shè)備的規(guī)模宏大，其占地面積以平方千米計(jì)，發(fā)射機(jī)輸出功率從幾百千瓦到數(shù)兆瓦，通信距離可達(dá)數(shù)千千米甚至超過(guò)萬(wàn)米，但收信深度(潛艇能可靠接收信號(hào)時(shí)艇的水線(xiàn)深度)都較淺，甚低頻通信的收信深度僅幾米至幾十米，超低頻通信的收信深度也僅百米左右。2、水聲通信海洋環(huán)境的水聲信道是一個(gè)極其復(fù)雜的時(shí)一空一頻變隨機(jī)多徑傳輸信道，同時(shí)

6、高環(huán)境噪聲、窄帶寬、低載頻、傳輸延時(shí)大等因素制約了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省Ｒ獙?shí)現(xiàn)水聲傳輸?shù)膽?yīng)用，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。首先，聲波在傳送過(guò)程中會(huì)逐漸減弱(幅度衰落)，即接收信號(hào)忽大忽小，這是由于沿各途徑的信號(hào)到達(dá)接收器時(shí)相位不同相干形成的。根據(jù)水聲傳輸在一定的頻率間隔，其衰落的相關(guān)性顯著減低的特性，可以采取降低傳輸頻率和采用頻率分集處理的方法，但它的代價(jià)是損失了頻帶資源。其次是碼間干擾問(wèn)題。由于海水的聲速只有1500m/s，同一符號(hào)的接收信號(hào)以梳狀結(jié)構(gòu)分布在較寬的時(shí)間軸上，各徑間相對(duì)延時(shí)差較大。如果傳播的是沒(méi)有間隙的脈沖序列，多徑將造成接收信號(hào)發(fā)生不同碼元重疊，給

7、判決帶來(lái)困難。解決的方法是在脈沖序列中，加進(jìn)時(shí)間同步脈沖，在其引導(dǎo)下，5同時(shí)刻發(fā)射的脈沖用不同的頻率來(lái)表示，使得不同時(shí)刻的接收信號(hào)頻率確定。這樣，即便有若干多徑形成的干擾碼與之混迭，也有以頻率為準(zhǔn)則來(lái)提取信號(hào)的方法，即跳頻抗多徑干擾。水聲通信中采取擴(kuò)頻中的跳頻方式，根據(jù)同步脈沖，按位據(jù)已知頻率來(lái)檢測(cè)信號(hào)，可以有效地解決多徑干擾引起的碼間干擾。另一個(gè)問(wèn)題是水聲數(shù)據(jù)傳輸速率較低，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代作戰(zhàn)中要求的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送。要提高傳輸速率，主要通過(guò)研究聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器來(lái)解決，通常的做法是采用16進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)、二重頻率分集和擴(kuò)展頻譜等方式，國(guó)內(nèi)在這方面的研究

8、已取得了較大的進(jìn)展。水聲通信技術(shù)在軍事方面的用途是十分明顯的。作為用聲波連接互聯(lián)