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水声通信技术研究进展及应用

摘要：水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式，由于其在民用和军

事上都有重大意义，水声通信的研究一直是国内外研究的热点。文章介绍了水声

通信的历史，分析了水声通信发展的关键技术，讨论了水声信道的特点、系统组

成和国内外的发展现状。最后对未来的水声通信技术作了预测。

关键词：水声通信，通信信道，声纳，正交频分复用，声纳信号处理

1引言

当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行

业。陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和

移动通信网日臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角。有缆方式的信息传输由于目标活

动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如正常航运）可能存

在影响等缺点，极大地限制了它在海洋环境中的应用。另外由于在浑浊、含盐的海水中，光

波、电磁波的传播衰减都非常大，即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km，因而

它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。在非常低的频率

（200Hz以下），声波在海洋中却能传播几百公里，即使20Hz的声波在水中的衰减也只有2

—3dB/km，因此水下通信一般都使用声波来进行通信。而在这个频率范围内，声波在水中（包

括海水）的衰减与频率的平方成正比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。采

用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。

海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，

这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子

技术和信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技

术人员研究的热点之一。另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实

行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。

2水声通信的历史

水声通信的历史可以追溯到1914年，在这一年水声电报系统研制成功可以看作是水下

无线通信的雏形。世界上第一个具有实际意义的水声通信系统是美国海军水声实验室于1945

年研制的水下电话，该系统使用单边带调制技术，载波频率8。33kHz，主要用干潜艇之间

的通信。早期的水声通信多使用模拟频率调制技术。如在50年代末研制的调频水声通信系

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统，使用20kHz的载波和500Hz的带宽，实现了水底到水面船只的通信。模拟调制系统不能

减轻由于水声信道的衰落所引起的畸变，限制了系统性能的提高。

70年代以来随着电子技术和信息科学突飞猛进的发展，水声通信技术也因此得到了迅

速的发展，新一代的水声通信系统也开始采用数字调制技术。采用数字技术的重要性在于，

首先，它可以利用纠错编码技术来提高数据传输的可靠性；其次，它能够对在时域（多途)

和频域（多普勒扩展)上的信道畸变进行各种补偿。随着处理器技术的提高，各种釆用快速

解调的算法也随之发展起来。数字调制技术的主流为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和

相移键控调制(PSK)。

随着用于空间无线电衰落信道技术的发展，水声通信的下一代系统对数字编码的数据釆

用了频移键控(FSK)调制方式，作为一种能量检测(非相干)而不是相位检测（相干)算法，FSK

系统被认为对于信道的时间和频率扩展具有固有的稳健特性。采用数字技术有两个方面的好

处:首先，它