【科普】水声通信

水声通信水下通信非常困难，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽窄、信号衰减严重，特别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来说速率非常低，因为水下通信采用的是声波而非无线电波。常见的水声通信方法是采用扩频通信技术，如CDMA等。　补充：水声通信技术发展的已经较为成熟，国外很多机构都已研制出水声通信Modem，通信方式主要有：OFDM，扩频以及其它的一些调制方式。此外，水声通信技术已发展到网络化的阶段，将无线电中的网络技术（Ad Hoc）应用到水声通信网络中，可以在海洋里实现全方位、立体化通信（可以与AUV、UUV等无人设备结合使用），但只有少数国家试验成功。

工作原理是首先将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，解码器将数字信息破译后，电接收机才将信息变成声音、文字及图片。

这是国际上高水平的技术，在远距离水里能清楚地接收到语音信号，世界上也只有极少数军事强国才能做到。 水声通信机使用的是模拟信号，可是海洋中的波浪、鱼类、舰船等产生噪声，使海洋中的声场极为混乱，声波在海水中传递时产生“多途径干扰信号”这一较大的难题，导致接收到的信号模糊不清。

半个世纪以来，水声领域的专家对这一难题一直束手无策，老式的模拟水声通信机一直沿用至今。由于数字通信的产生，陆地上的信号干扰被成功解决，水声领域的专家也开始了在该领域进行探索。

他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法， 最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信，它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。

因为海水成分很复杂，所以声波传递时就被吸收了一部分，而且频率越高吸收就越厉害，对于频率低的声波海水反而吸收少。专家测得结果，声波频率在4000赫兹左右为远距离传递的最佳频率，而用4000赫兹的频率去实现跳频通信，频点与频点之间的距离就很小了。

我国厦门大学以许克平教授为首的这个课题组出色地完成了国家交给他们的863项目，已经成功解决了在10公里之内水下信号相互清晰的传递，他们这个系统已达到实用要求。他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法，最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信，它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。

如果电磁波的跳频技术用在海中，频率资源充足的情况下传输一组信号，频率相差大时，电路内部做处理的时候，就用两个不同频率表示1和0，相当于颜色相差大，如：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫这一组信号代表一个文字，碰到干扰后虽然到达的时间不一致，但由于颜色区别大也就是频率相差大接收方就容易辨认了，这样就解决了信号干扰问题。经过攻关他们研制出一个全新的跳频技术，终于成功解决了多途径干扰问题。因为语音传输是水声通信最难攻克的瓶颈问题，要求精确度极高，难度也最大，语音传输成功的实现，使这个项目完全成功了，他们做到了。[1]

课题组又迎接了新一轮的挑战，投入远距离50公里以外的数字式语音和图象传递，以及数字式彩色图象传递的工作中。

水声通信是当前海洋军事中最重要和关键的技术，该研究方向发挥厦门大学电子与海洋等相关学科专业的优势和特色，课题组完成了“水下图像水声传输实用样机研制”、“视频图像水下传输试验研究”等国家“863”相关课题项目, “水下图像传输系统”项目通过国家“863”专家组验收。该系统能在浅海域实现全方向无缆图象信息传输，每8秒传送一帧（160*100象素，十六级灰度），距离10公里。99年中国国际高新技术成果交易会参展项目。“300米深饱和潜水钟水声通讯机”项目达到国际同类产品的先进水平，所接收的语音清晰可辨，该通讯机已安装在300米深饱和潜水钟内，在南海试验成功。本课题组在该方向上的研究成果接近或达到国际先进水平。所研制的语音水声通讯机、图像传输样机和水声数据遥测设备，可望组成水下多媒体信息传输系统，不久的将来，可望形成水下、陆地和空间的三维信息网。

海洋声学还是一门迅速发展的学科，水声多媒体通讯是海洋科技界多年来追求的一个目标，人们希望在水下也能像在陆地一样快速地传输语音、图像、文字及数据。我们相信随着研究的深入开展，水声科技工作者的积极努力，这一目标一定能早日实现。