[发明专利]一种大角度无衍射弯曲声信道的生成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种大角度无衍射弯曲声信道的生成方法及其应用，包括：基于实际环境，预设大角度无衍射弯曲声信道的信道轨迹；基于几何声线传播理论和信道轨迹，确定发射端换能器阵列的起始相位分布；基于起始相位分布，控制发射端换能器阵列产生信道轨迹。本发明将大角度无衍射弯曲声信道用于实际信息传输，其中通过预设信道轨迹实现大角度弯曲无衍射声信道，因而具有传播路径可调的特性。其次，起始相位分布基于信道轨迹采用几何方法得到，因此兼容现有通信编码技术。另外，基于实际环境预设无衍射弯曲声信道的信道轨迹，避免障碍物声散射的影响；同时，无衍射弯曲声信道具有自修复特性，保证了信息传输的安全及完整性，适用于复杂环境声通信。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种大角度无衍射弯曲声信道的生成方法及其应用

背景技术

随着人类海洋活动日益频繁，无论在军事领域还是商用领域都对水下通信产生了巨大的需求。由于海水具有良好的导电性及不可忽略的粘滞损耗(存在大量颗粒杂质或海洋生物)，以无线电波或光波作为载体的通信方式由于衰减较大，在海水中通信距离非常有限，远不能满足当前海洋活动的需求。以低频声波作为信息载体的通信方式，可在海洋中实现上百公里信息传递，是目前实现水下远距离无线通信的主要方法。该种通信方式的工作原理是将文字、语音、图像等信息，通过信源编码进行数字化处理转化成电信号，然后利用发射换能器将电信号转换为声信号进行发射、经海洋信道传输，最后在接收端接收信息并进行处理分析。

虽然，低频声波可在海洋中远距离传输信息，但是海洋作为一种声波传输信道，是一个时变随机信道，具有很多不可控因素，例如带宽限制、多路径信道以及多普勒频移效应。因此，水声通信的发展远远滞后于地面通信。其中，水声通信采用的信道对于信息传输的完整性和安全性方面起着至关重要的作用，传统水声通信采用的信道多为直线型信道。但这种基于直线型信道的水下通信方式将不可避免地受到复杂海洋中大型障碍物散射或反射等的影响，在影响信息传输的完整性的同时，容易被对方声呐系统锁定己方信号源方位，从而不利于实现文字、语言、图像等信息有效和安全的通信。

综上所述，如何在复杂环境中实现对文字、语言、图像等信息抗干扰通信是目前声通信(特别是水下声通信)面临的一个重要问题，。

发明内容

本发明提供一种大角度无衍射弯曲声信道的生成方法及其应用，用以解决现有声通信采用直线型信道因易受复杂环境影响而导致信息丢失的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大角度无衍射弯曲声信道的生成方法，包括：

步骤1、基于各向同性传播介质的实际环境信息，预设大角度无衍射弯曲声信道的信道轨迹；

步骤2、基于几何声线传播理论和所述信道轨迹，确定发射端换能器阵列的起始相位分布；

步骤3、基于所述起始相位分布，控制所述发射端换能器阵列发射声波，产生所述信道轨迹。

本发明的有益效果是：本发明采用换能器阵列相移键控的方法，产生大角度弯曲型声通信信道，首先，这种弯曲型声通信的通信方式基于大角度弯曲无衍射声信道，其可通过预设信道轨迹实现，因而进行具有传播路径可调的特性。其次，发射端换能器阵列的起始相位分布是通过预设的信道轨迹采用几何方法得到，不涉及影响编码的相关因素，因此，具有兼容现有通信编码技术的特性。另外，该种弯曲型声信道的生成，因基于实际环境来预设无衍射弯曲声信道的信道轨迹，可避免大型障碍物的声散射影响；同时，因无衍射弯曲声信道自身的特性，当在其某个位置存在一个障碍物时，产生较小的散射现象，且在障碍物之后的信道不受影响，信息依然可以在该障碍物之后通过原信道轨迹传输而不产生发散，具有自修复特性，保证了信息传输的安全及完整性，因而更加适用于复杂环境声通信。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤3中，所述驱动所述发射端换能器阵列发射声波，具体为：