水下信息網絡系統提供可靠的通信鏈路,各個固定或移動節點均可自由的接入網絡,快速準確的收發信息,從而構成跨系統,跨任務,跨平臺的綜合性分布自主式水下綜合信息網絡體系,增強水下信息透明度。
項目主要具備的能力包括:近程高速率OFDM水聲通信(高速率),遠程低信噪比穩健擴頻水聲通信(低速率),基于分布式信息網絡的被動隱蔽定位,自由接入且自主修復的動態半自主式網絡,釋放器的數據傳輸與遙控釋放的功能集成。
本項突破了多項關鍵技術,研制了多種類的水聲通信節點,實現了基于網絡的頂層應用功能設計及驗證,獲得了多項具有自主支持產權的研究成果。
(1)遠程水聲通信技術
研究了水下擴頻通信技術,采用多普勒搜索跟蹤及RAKE接收機技術解決了淺海、運動條件下的遠程、低功耗水下通信的可靠性問題。通信速率為35bps,最大通信距離超過50公里,誤碼率低于10-4。該指標為國內領先水平。
研究了寬帶正交多載波擴頻調制及改進的RAKE接收機技術,海上試驗的通信速率為115bps,誤碼率10-4。研制了多節點水下數據無線傳輸設備,已成功應用于某海軍港口堤壩安全監測中。實現了岸基單元對水下節點的遙測及節點數據回傳,傳輸距離超過6公里。該成果已達到國內領先水平。
(2)高速水聲通信技術
為解決水下聲通信速率過低的問題,研究了OFDM水聲通信系統中的寬帶匹配、子載波調制、高速信號處理等技術,在淺水水平信道實現最大通信距離3.5km,最大通信速率50kbps以上,最低誤碼率10-6。垂直信道情況下,實現實時視頻傳輸,通信速率為53.2kbps,誤碼率為10-5。目前只有美國和日本進行過類似的試驗,該指標達到國際先進水平。
(3)全雙工水聲通信技術
創新性的提出了基于矢量傳感器的全雙工水聲通信技術,采用OFDM和擴頻兩種通信制式和基于矢量傳感器的收發分置的設計方案,綜合頻分、碼分和空分等多種技術手段,首次成功研制了3個具有多用戶和全雙工通信能力的水下通信網絡節點。經過了湖上和海上試驗的驗證,該節點可在5公里距離上可同時接收其它兩個節點通信數據(多用戶通信),或在向另一方發送通信信號的同時接收其它節點信號(全雙工通信)。上述技術屬獨創性的研究工作,在國內外未見同類研究成果,達到了國際領先水平。
(4)分布式網絡定位技術
提出基于分布式水聲網絡實現節點被動定位的新理論和新方法,突破網絡節點聲同步及遠程穩健通信的關鍵技術,為建立集通信與定位于一體的水聲信息網絡提供理論依據、技術支撐及演示驗證系統。演習驗證系統海試中實現500km2以上的覆蓋區域內,固定節點最大工作距離大于50km,定位精度小于200m的被動定位結果。該成果達到國際領先水平。
目前項目已結題驗收,多項研究成果得到應用,并取得良好的經濟社會效益。
主要專利:
水聲OFDM自適應搜索多普勒補償方法 CN201210388724.9
一種擴頻水聲通信方法 CN201210334306.1
基于打孔技術的多路收發正交多載波信道估計方法 CN201210110892.1
稀疏信道模型下多路收發的正交多載波水聲通信循環譯碼方法 CN201210055253.X
水聲OFDM判決二次信道均衡方法 CN201110230556.6
基于時間反轉鏡技術在水下定位中的方法 CN201110114012.3
基于差分技術的水下定位方法 CN201110103927.4
實時水聲通信中基于DDS的多普勒補償裝置 CN201010101289.8
一種用于水下機器人的通信轉發系統 CN200810064110.9
應用于水下通信系統的值班電路及處理方法 CN201010101256.3
水聲通信處理平臺 CN200810137409.2
項目成熟情況
項目中的所有功能產品均已具有成熟的樣機,其中低速穩健擴頻通信機已經小批量生產,并在實際應用中為應用單位解決了水下信息傳輸難題。
應用范圍
海洋環境監測(CTD、ADCP數據采集),海洋資源開發(深海油氣田),海洋權益維護(水下信息感知),水下數據通信、水下多媒體通信、水下機器人遙控、水下采集設備數據轉發、海洋環境檢測、水下網絡定位系統、水聲傳感網絡等領域。
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