短距離水下布里淵脈沖無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近些年，電磁前兆場(chǎng)在洛倫茲介質(zhì)和徳拜介質(zhì)等色散介質(zhì)中的傳播分析和實(shí)驗(yàn)證明了布里淵前兆場(chǎng)的脈沖峰值代數(shù)衰減特性，這一研究成果激起了雷達(dá)探測(cè)、微波成像、超寬帶通信等多個(gè)領(lǐng)域研究者的極大興趣，形成了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。但在水下通信領(lǐng)域尚無(wú)更深入的研究，因此本文從水下通信的角度對(duì)布里淵前兆場(chǎng)在淡水和海水中的傳播特性進(jìn)行了分析，探討了水下短距離脈沖通信的可行性。
　　在電磁場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)部分到達(dá)前出現(xiàn)的電磁振蕩稱為電磁前兆場(chǎng)，電磁前兆場(chǎng)包括高頻譜能

2、量主導(dǎo)的索末菲前兆場(chǎng)和低頻譜能量主導(dǎo)的布里淵前兆場(chǎng)，其中布里淵前兆場(chǎng)因在色散介質(zhì)中的幅度衰減速度小而備受關(guān)注。淡水和海水都屬于色散介質(zhì)，電磁波在色散介質(zhì)中傳播會(huì)受到相位色散和頻率色散的相互作用，在傳播幾個(gè)吸收深度后，其傳播過(guò)程逐漸演變?yōu)橐粋€(gè)局部具有相對(duì)固定頻率和衰減速度的且以恒定速度傳播的余波行為。布里淵前兆場(chǎng)的傳播受到介質(zhì)的色散特性和初始信號(hào)能量頻譜分布的影響，因此深入研究介質(zhì)色散特性以及不同信號(hào)的頻譜對(duì)布里淵前兆場(chǎng)的傳播影響，對(duì)于選

3、擇或設(shè)計(jì)水下通信的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)短距離、高帶寬水下無(wú)線通信具有重要的意義。
　　介質(zhì)的色散特性是影響布里淵前兆傳播的主要因素，而色散特性主要受介電常數(shù)的影響。淡水和海水的介電常數(shù)既有形式簡(jiǎn)單的理論模型，也有依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)擬合出來(lái)的實(shí)際模型。本文在不同介電常數(shù)模型分析的基礎(chǔ)上，以形式簡(jiǎn)單的理論模型完成了電磁場(chǎng)傳播的近似表示和傳播動(dòng)態(tài)描述；給出了不同介質(zhì)模型的鞍點(diǎn)動(dòng)態(tài)、復(fù)相位函數(shù)以及電磁場(chǎng)傳播的近似公式；驗(yàn)證了淡水和海水不同介質(zhì)模型的鞍

4、點(diǎn)動(dòng)態(tài)、復(fù)相位函數(shù)動(dòng)態(tài)以及布里淵前兆傳播動(dòng)態(tài)；分析了不同介電常數(shù)模型對(duì)布里淵前兆傳播的影響。
　　初始信號(hào)的頻譜能量分布是影響布里淵前兆傳播的另一個(gè)主要因素，因此必須要選擇或設(shè)計(jì)適合水下通信的信號(hào)。信號(hào)在傳播過(guò)程中的幅度衰減和時(shí)域?qū)挾忍匦允呛饬啃盘?hào)是否適合水下通信的標(biāo)準(zhǔn)。本文分別選取單脈沖超寬帶信號(hào)、載波調(diào)制信號(hào)和雙布里淵脈沖信號(hào)等三類八種信號(hào)，分析了不同信號(hào)在淡水和海水中不同相對(duì)傳播距離上的傳播動(dòng)態(tài)；得到了不同輸入信號(hào)幅度衰減和

5、時(shí)域?qū)挾忍匦?；確定了雙梯形脈沖作為水下脈沖通信的候選信號(hào)。
　　在水下通信的自然環(huán)境中，既要考慮水體鹽度和溫度差異對(duì)水下通信的影響，又要確定脈沖的操作頻率和時(shí)間間隔，它們決定通信范圍和信道帶寬的主要因素。本文在完成水體鹽度、溫度和脈沖頻率對(duì)脈沖傳播影響分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了淡水50米范圍內(nèi)和海水1米范圍內(nèi)的雙梯形脈沖的傳播情況；綜合考慮實(shí)際傳播范圍內(nèi)的脈沖幅度和相對(duì)傳播距離上的脈沖傳播特性，給出了不同通信范圍內(nèi)可能達(dá)到的最大通信