浙大自主研发水声通信机实现14公里高速率通信

 2021-12-20 14:17  56人阅读   双一流大学网

近日,浙江大学瞿逢重教授团队自主研发的全平台适配水声通信机,在中国船舶第七〇五研究所组织的样机验收鉴定中,成功实现了14公里收发距离3.07kbps的相干高速率数据传输,传输成功率达到90%。

据悉,该试验实现了目前世界上同类水声通信机相同通信速率下可见报道的最远距离,标志着我国自主研发高速率远距离水声通信机突破了海外国家技术封锁,实现了技术超越。

浙大自主研发水声通信机实现14公里高速率通信

浙大自研水声通信机在云南抚仙湖进行设备验收鉴定

水下无线通信技术是保障水下装备互联互通的重要技术。因电磁波很难透过海水传播,水声通信是当下高速远距离水下无线通信的唯一解决方案。

“频率越低的声信号在水下有效传播距离越远,但在低频率下,可用于通信的带宽非常有限,这就导致水声通信难以同时满足高速率和远距离这两大需求。不但如此,水声通信还同时面临链路质量差、传播延迟高和极端多普勒效应等棘手问题。”瞿逢重介绍,与陆地5G移动通信在高速铁路上的应用场景类似,水下潜器应用场景中,通信收发端的相对位置移动会带来多普勒频移,严重影响通信设备的正确解码。“由于声速远小于电磁波速,且声波频率远低于电磁波频率,因此尽管水下潜器的运动速度远低于高铁的运动速度,但其对水声通信信号造成的多普勒频移却是巨大的。”

浙大自主研发水声通信机实现14公里高速率通信

浙大自研第二代水声通信机只有矿泉水瓶大小 

瞿逢重投身水声通信理论研究已有15个年头。自2021年起,他带领团队着手研制全平台适配高速率远距离水声通信机。团队先后推出三代原理样机,通过水池、湖泊、海洋等各类不同工作环境下的试验,不断完善通信算法和声呐硬件系统设计,于2021年成功研制第一、二代产品化水声通信机,并在多家单位得到实际应用。“我们采用自主设计的抗多普勒频移水声通信算法,最大允许收发相对运动速度为18.8节,使得该水声通信机具备搭载在水下高速潜器上工作的能力。”瞿逢重说。

得益于浙大舟山校区的近海优势,团队多次在舟山海域噪声嘈杂的复杂环境下对比自研设备与国外同类设备的实际性能。试验结果表明,在相同传输数据(图片或文本)、更低的发射功耗、更低的体积和重量下,浙大自主研发的水声通信机在相近通信速率时的通信距离达到4.5km,国外同类产品不到2.0km。

浙大自主研发水声通信机实现14公里高速率通信

浙大自研MIMO水声通信原理样机的南海深海海试结果 

同时,瞿逢重团队还研制了面向视频传输需求的高速率远距离MIMO水声通信原理样机,并于2021年8月前往我国南海西沙群岛附近的深海海域进行海试。

“我们在船速4~6节的条件下,实现了通信距离6.2km、通信速率42.8kbps的分布式MIMO水声通信数据传输,达到了265.36kbps×km的通信速率距离乘积。”研发团队成员、浙大海洋学院博士生杨劭坚介绍,对比分析IEEE Journal of Oceanic Engineering等期刊的相关论文数据显示,浙大水声通信机的海试结果为全世界可见报道最高的远距离水声通信指标。

国产化高速率远距离水声通信机的研制成功对于解决深远海无线数据传输需求有着里程碑式的重要意义。

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