远程、矢量、全双工水声通信设备

成果拥有单位：哈尔滨工程大学

成果简介：

本项目属于水声和海洋声学技术领域。

本项主要研究高速、远程、稳健的水声通信技术，突破了多项关键技术，研制了两种可工程应用的水声通信系统，获得了多项具有自主支持产权的研究成果。

1、远程水声通信技术

研究了水下扩频通信技术，采用多普勒搜索跟踪及RAKE接收机技术解决了浅海、运动条件下的远程、低功耗水下通信的可靠性问题。通信速率为35bps，在15公里的范围内误码率低于10，最大通信距离超过25公里。该指标为国内先进水平。

研究了宽带正交多载波扩频调制及改进的RAKE接收机技术，海上试验的通信速率为115bps，误码率10-4。研制了多节点水下数据无线传输设备，已成功应用于港口堤坝安全监测中。实现了岸基单元对水下节点的遥测及节点数据回传，传输距离超过6公里。该成果已达到国内领先水平。

2、高速水声通信技术

为解决水下声通信速率过低的问题，研究了OFDM水声通信系统中的宽带匹配、子载波调制、高速信号处理等技术，在浅水水平信道实现最大通信距离3.5km，最大通信速率50kbps以上，最低误码率10-6。垂直信道情况下，实现实时视频传输，通信速率为53.2kbps，误码率为10-5。目前只有美国和日本进行过类似的试验，该指标达到国际先进水平。

3、全双工水声通信技术

创新性的提出了基于矢量传感器的全双工水声通信技术，采用OFDM和扩频两种通信制式和基于矢量传感器的收发分置的设计方案，综合频分、码分和空分等多种技术手段，首次成功研制了3个具有多用户和全双工通信能力的水下通信网络节点。经过了湖上和海上试验的验证，该节点可在5公里距离上可同时接收其它两个节点通信数据（多用户通信），或在向另一方发送通信信号的同时接收其它节点信号（全双工通信）。上述技术属独创性的研究工作，在国内外未见同类研究成果，达到了国际领先水平。

远程、高速、全双工水声通信技术具有独创性，技术先进、节点性能稳定，综合指标达到国际先进、国内领先水平。

项目目前已经通过结题验收，并已经行成果鉴定。

本系列产品具有自主知识产权，已获多项国家专利，有ZL200810064110.9 一种用于水下机器人的通信转发系统；ZL200810064060.4一种用于透镜声纳的信号处理系统；CN101055311（公告号）一种多波束剖面声纳信号处理装置；CN101404545（公告号）水声通信处理平台；CN101777939A（公告号）实时水声通信中基于DDS的多普勒补偿装置；CN101795160A（公告号）应用于水下通信系统的值班电路及处理方法；CN102253362A（公告号）基于时间反转镜技术在水下定位中的方法。

同时，本系列产品或多项省部级奖项，获得黑龙江省科技进步三等奖，获得黑龙江省高校科技进步二等奖。

本项目应用实例，1)远程、高速、全双工水声通信技术已成功应用于中交天津港湾工程研究院有限公司开发的海上构筑物自动监测系统中。解决了海上构筑物的监测信息及时出水问题。2)远程高速水声通信技术应用场景也越来越宽泛，在海洋环境监测、AUV/UUV远程遥控、水下目标搜救、资源勘探与开发、水下全球定位系统和海底水声传感器网络等方面得到越来越普遍的应用，今后将会有更多的大众市场被开发出来。

项目的转化程度高，具有较强的示范、带动和扩散能力，提高了水声通信行业的和系统创新能力，对水声和海洋声学的发展具有很大作用。推动通信技术、通信节点材料通信节点设计等相关领域的技术创新，促进装备制造和信息通信等行业的技术升级，促进社会经济可持续发展。