CN108777598A - 一种跨冰层介质通信方法 - Google Patents

一种跨冰层介质通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108777598A
CN108777598A CN201810855327.5A CN201810855327A CN108777598A CN 108777598 A CN108777598 A CN 108777598A CN 201810855327 A CN201810855327 A CN 201810855327A CN 108777598 A CN108777598 A CN 108777598A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ice
medium
communication
receiving antenna
communication link
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810855327.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108777598B (zh
Inventor
殷敬伟
葛威
韩笑
陈文剑
郭龙祥
朱广平
生雪莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201810855327.5A priority Critical patent/CN108777598B/zh
Publication of CN108777598A publication Critical patent/CN108777598A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108777598B publication Critical patent/CN108777598B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H04B1/12—Neutralising, balancing, or compensation arrangements
    • H04B1/123—Neutralising, balancing, or compensation arrangements using adaptive balancing or compensation means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

一种跨冰层介质通信方法，属于通信领域。本发明跨冰层介质通信采用声波为载体，通信链路包含发射端和接收端，发射端的发射换能器放置于冰层下的水中，接收端的接收天线放置在冰面上，接收天线与冰面紧密耦合；发射换能器发射出的声信号，通过水介质的传播之后，耦合至冰层介质，产生地震波；接收端通过接收天线采集到振动信息，搭建起水下‑冰层‑冰上的声学通信链路。本发明无需将接收天线置于水面以下，即无需凿穿冰面即可搭建通信链路；此外分布式的天线(地震检波器)可实现空间分集，提高接收信号的信噪比，即提高通信链路的质量。

Description

一种跨冰层介质通信方法
技术领域
本发明属于通信领域，具体涉及一种跨冰层介质通信方法。
背景技术
近些年来，北极地区在各领域的开发价值逐渐增加，其正在成为世界各国新的战略高地。水声通信技术是实现海洋环境感知，进行海洋资源开发的重要手段。然而，北极地区常年被冰层覆盖，要搭建水下与冰上的通信链路，则必须跨越冰层介质。传统声学通信链路的搭建需要将天线(水听器)放置于水下，通过电缆连接至冰上基站。移动基站则需要多次凿穿冰面以放置电缆，在条件恶劣的极地地区，这无疑增加了工程的复杂度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种跨冰层介质通信方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)发射端，将发射换能器放置于冰层下的水中，发射换能器发射出的声信号，通过水介质的传播之后，耦合至冰层介质，产生地震波；
(2)接收端，以地震检波器为接收天线，将其放置于冰面上，通过在冰面上钻孔等方式使地震检波器与冰层紧密耦合，多个水平分布的地震检波器组成接收天线阵列；通过地震检波器可采集到振动信息，从而搭建起水下-冰层-冰上的声学通信链路。
水平分布的地震检波器阵列可得到与垂直分布的水听器阵列相当的空间分集增益，保证了通信链路的可靠性，在接收端均衡解码时，可采用多天线联合处理，获取空间分集增益。本发明的有益效果在于：
(1)本发明无需将接收天线置于水面以下，即无需凿穿冰面即可搭建通信链路；
(2)本发明中分布式的天线(地震检波器)可实现空间分集，提高接收信号的信噪比，即提高通信链路的质量。
说明书附图
图1为传统冰下水声通信示意图；
图2为本发明中的跨冰层介质声学通信示意图；
图3为地震检波器与冰层耦合剖面图；
图4为跨冰层介质声学通信试验布局；
图5为试验结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明的目的是这样实现的：
(1)发射端，将发射换能器放置于冰层下的水中；
(2)接收端，以地震检波器为接收天线，将其放置于冰面上，并与冰面紧密耦合。多个地震检波器组成接收天线阵列。
在接收端均衡解码时，可采用多天线联合处理，获取空间分集增益。
1、跨介质通信方法具体实现：
如图1所示，传统的冰下水声通信将天线(水听器)放置于水下，需要凿穿冰面放置电缆。本发明中的跨冰层介质通信方法如图2所示，将天线(地震检波器)放置于冰层之上，通过在冰面上钻孔等方式使地震检波器与冰层紧密耦合，耦合剖面图如图3所示。
发射换能器发射出的声信号，通过水介质的传播之后，耦合至冰层介质，产生地震波，通过地震检波器可采集到振动信息，从而搭建起水下-冰层-冰上的声学通信链路。水平分布的地震检波器阵列可得到与垂直分布的水听器阵列相当的空间分集增益，保证了通信链路的可靠性。
2、跨介质通信试验
为了验证本发明的有效性能，发明人进行了验证性的试验：2018年1月在松花江上开展了跨冰层介质声学通信试验，试验区域水深约为6m，试验当天空气温度为-22℃，冰层厚度约为40cm，具体的试验布局如图4所示。试验中水平在冰面布放5个地震检波器，分别以G1、G2、G3、G4和G5表示。检波器的工作频带10～1000Hz，检波器布放间距为0.5m。声源为工作频带500～2000Hz的弯张换能器，与检波器的水平距离为100m，且被布放在水下2m位置。本次试验中使用500～1000Hz的通信频带。通信信号的参数如下：采样频率48kHz；载波频率750Hz；映射方式BPSK；符号率250symbols/s；试验过程中发送3000bits数据。
采用多通道判决反馈均衡器对5个地震检波器采集的数据进行处理，图5给出了各个检波器单通道数据以及融合多个检波器后数据的处理结果。(a)(b)(c)(d)(e)分别为采用G1、G2、G3、G4、G5单个检波器数据进行均衡处理后的星座图，输出信噪比分别为14.2dB，15.0dB,18.5dB,17.8dB，18.8dB，各检波器数据处理结果存在差异。(f)为采用5个检波器联合均衡处理后的星座图，输出信噪比为27dB，可见采用水平分布的地震检波器阵列能够得到很高的分集增益。这里，所有数据经过均衡处理后，解码误码率均为0，可见本发明中的跨介质通信方法具有高可靠性。

Claims (3)

1.一种跨冰层介质通信方法，其特征在于：跨冰层介质通信采用声波为载体，通信链路包含发射端和接收端；所述的发射端的发射换能器放置于冰层下的水中，所述的接收端的接收天线放置在冰面上，接收天线与冰面紧密耦合；发射换能器发射出的声信号，通过水介质的传播之后，耦合至冰层介质，产生地震波；接收端通过接收天线采集到振动信息，搭建起水下-冰层-冰上的声学通信链路。
2.根据权利要求1所述的一种跨冰层介质通信方法，其特征在于，所述的接收天线采用地震检波器，多个水平分布的地震检波器组成接收天线阵列。
3.根据权利要求2所述的一种跨冰层介质通信方法，其特征在于：所述的地震检波器通过在冰面上钻孔的方式实现与冰层紧密耦合。
CN201810855327.5A 2018-07-31 2018-07-31 一种跨冰层介质通信方法 Active CN108777598B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810855327.5A CN108777598B (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种跨冰层介质通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810855327.5A CN108777598B (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种跨冰层介质通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108777598A true CN108777598A (zh) 2018-11-09
CN108777598B CN108777598B (zh) 2021-03-19

Family

ID=64030274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810855327.5A Active CN108777598B (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种跨冰层介质通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108777598B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224765A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 西北工业大学 一种跨冰层数据无线传输的方法
CN114070408A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 哈尔滨工程大学 一种跨冰介质声通信波形设计方法
CN115529567A (zh) * 2022-06-30 2022-12-27 哈尔滨工程大学 一种极地跨冰层无线网络通信系统及方法
CN116800350A (zh) * 2023-06-16 2023-09-22 哈尔滨工程大学 一种跨冰声通信系统及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2134023C1 (ru) * 1998-06-16 1999-07-27 Государственное унитарное предприятие Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" Способ двусторонней связи с подводным объектом
CN101309119A (zh) * 2008-05-08 2008-11-19 上海仪器仪表研究所 含有水声通讯采水控制器的水声载波通讯系统及应用方法
CN102549456A (zh) * 2009-05-26 2012-07-04 艾尼股份公司 用来在水下环境中产生压力波的系统
US8599649B1 (en) * 2010-03-09 2013-12-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Laser-based method of detecting underwater sound through an ice layer
CN204089829U (zh) * 2014-10-14 2015-01-07 丁莉 一种深海可燃冰探测仪水下通信系统
CN105241401A (zh) * 2015-09-26 2016-01-13 哈尔滨工程大学 一种冰层厚度的声学测量方法
CN206711375U (zh) * 2017-05-04 2017-12-05 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种基于水声通信的井筒无线智能控制系统
CN107561575A (zh) * 2017-07-24 2018-01-09 哈尔滨工程大学 便携式模块化冰层检波器阵列架

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2134023C1 (ru) * 1998-06-16 1999-07-27 Государственное унитарное предприятие Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" Способ двусторонней связи с подводным объектом
CN101309119A (zh) * 2008-05-08 2008-11-19 上海仪器仪表研究所 含有水声通讯采水控制器的水声载波通讯系统及应用方法
CN102549456A (zh) * 2009-05-26 2012-07-04 艾尼股份公司 用来在水下环境中产生压力波的系统
US8599649B1 (en) * 2010-03-09 2013-12-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Laser-based method of detecting underwater sound through an ice layer
CN204089829U (zh) * 2014-10-14 2015-01-07 丁莉 一种深海可燃冰探测仪水下通信系统
CN105241401A (zh) * 2015-09-26 2016-01-13 哈尔滨工程大学 一种冰层厚度的声学测量方法
CN206711375U (zh) * 2017-05-04 2017-12-05 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种基于水声通信的井筒无线智能控制系统
CN107561575A (zh) * 2017-07-24 2018-01-09 哈尔滨工程大学 便携式模块化冰层检波器阵列架

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
殷敬伟: "松花江冰下声学试验技术研究", 《应用声学》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224765A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 西北工业大学 一种跨冰层数据无线传输的方法
CN114070408A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 哈尔滨工程大学 一种跨冰介质声通信波形设计方法
CN114070408B (zh) * 2021-11-16 2023-09-19 哈尔滨工程大学 一种跨冰介质声通信波形设计方法
CN115529567A (zh) * 2022-06-30 2022-12-27 哈尔滨工程大学 一种极地跨冰层无线网络通信系统及方法
CN116800350A (zh) * 2023-06-16 2023-09-22 哈尔滨工程大学 一种跨冰声通信系统及方法
WO2024255838A1 (zh) * 2023-06-16 2024-12-19 哈尔滨工程大学 跨冰声通信系统及方法
CN116800350B (zh) * 2023-06-16 2025-04-01 哈尔滨工程大学 一种跨冰声通信系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108777598B (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108777598B (zh) 一种跨冰层介质通信方法
Melodia et al. Advances in underwater acoustic networking
CN102354501B (zh) 一种用于钻柱声传输技术的单向回波噪声抑制方法
KR102167652B1 (ko) 수중환경 모니터링 시스템
Emokpae et al. Highly directional multipath free high data-rate communications with a reconfigurable modem
Kokossalakis Acoustic data communication system for in-pipe wireless sensor networks
CN106291564A (zh) 一种海底冷泉水体回声反射探测系统和方法
CN101383663A (zh) 一种透地通信系统
Yang et al. Research and implementation on a real-time OSDM MODEM for underwater acoustic communications
WO2011133522A2 (en) High data rate acoustic multiple-input/multiple-output (mimo) communication apparatus and system for submersibles
Pelekanakis et al. Performance analysis of underwater acoustic communications in barrow strait
CN116800350B (zh) 一种跨冰声通信系统及方法
Dushin Modeling of a high-frequency hydroacoustic communication channel in shallow water of the Black Sea
JP2019080227A (ja) パラメトリック方式を用いた水中音響ｍｉｍｏ通信システム
Dol et al. Characterizing the underwater acoustic communications channel in shallow estuaries and its application to development of a flexible wideband modulation
Ma et al. High-performance deep-sea long-range underwater acoustic communication: Deconvolved conventional beamforming based approach
Tong et al. Channel equalization based on data reuse LMS algorithm for shallow water acoustic communication
CN110224765B (zh) 一种跨冰层数据无线传输的方法
CN116938351B (zh) 一种不受海面波浪影响的跨水空介质通信系统及其方法
CN115529567A (zh) 一种极地跨冰层无线网络通信系统及方法
Freitag et al. Acoustic Communications for Bottom-toBottom Ocean Sensor Networks
Priya et al. Underwater acoustic communication using MIMO hydrophone
JP4264832B2 (ja) 受動的位相共役水中音響通信方法及び受動的位相共役水中音響通信システム
WO2020041351A1 (en) High speed acoustic communications and telemetry via solid pieces
Rahman et al. The Solution of Multipath Fading Problem at Receiver in Underwater Acoustic Channel using Frequency Spectrum

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant