水声通信简介

我国最新型的水下滑翔机“海燕”日前完成了续航119天，航程2272.4公里、最大1040米潜深，刷新了国产水下滑翔机连续工作时间最长、测量坡面最多，续航里程最远等新纪录。

自主研发、拥有完全自主知识产权的“海燕”水下滑翔机，是我国“深渊科学”研究重要的无人无缆自主观测与探测装备之一。

以智慧海洋为代表的我国水声通信实测速率（在相同通信距离的前提下）比其它国家产品明显高出很多，另外在抗干扰、抗多径方面也体现出更优的稳定性。

在深潜器自主运行中起关键作用的核心技术——水声通信听起来非常神秘，尤其是该技术已经实现水下无线物联网的功能，让人急欲揭开其神秘面纱。

以智慧海洋为代表的我国水声通信实测速率比其它国家产品明显高出很多，另外在抗干扰、抗多径方面也体现出更优的稳定性。

国内商业应用还非常罕见

记者：水下通信技术应用领域广泛，应用前景深远，能否介绍目前的应用情况，尤其是对国计民生产生影响的有哪些？

A：水声通信是一项在水下通过声波作载体的信息传输技术，这里的信号发送接收“天线”一般称为水声换能器。其基本工作原理是，水声通信设备首先将文字、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。

水下通信非常困难，这是个困扰世界科学家的难题，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。目前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，可以与自主水下机器人（AUV）、无人潜器（UUV）等无人设备结合使用。但目前全球只有很少数机构能够真正做到产品化与商用化。

行业内尚未形成产业标准

记者：如何判定一项水声通信技术的水准？

A：水声通信技术的几个关键性能评判指标是传输速率和传输距离。一般情况下，水声通信距离越远，传输速率越低，而通信距离和速度从根本上又由通信频率带宽决定。所以两种通信技术的优劣一般是相近带宽下才有可比性。用类似的带宽，速率越高，通信距离越长，技术就越先进，可组网及可延展性就越好。当然，对一个水声通信产品的评价还有其他方面的考虑，如重量，功耗，可部署深度等。这些参数相对水声技术的特点与难点都是次要的。

再者由于水声通信是个新兴领域，还没有产业标准。大多产品参数的标定很不规范，经常用理想状态下的数据示人。所以业界普遍认同实测数据，而不看重产品标定参数。

应用前景广阔

记者：能否简单举例说明水声通信技术的应用前景？

A：杜克大学相关机构调查显示，近年来每年的无人遥控潜水器市场规模达到8.5亿美元，自主式潜水器达到2亿美元，其中石油行业应用比重占50%，国防与科研各占25%。

无人遥控潜水器通过电缆传输控制命令与视频反馈，但电缆也对潜水器的使用带来了诸多限制：水下电缆重量体积很大；电缆长度限制了潜水器的作业深度与广度；同一作业区域中多个潜水器电缆有缠绕隐患。自主式潜水器在作业完成后，需要回收后重新编程与布放，减少了潜水器的有效工作时间。利用水声通信技术以及水声网络可以有效解决两种潜水器受到的限制，提高工作性能与效率。

在水中，电磁波衰减很快，传播距离短；声波传播距离长。水下无线通信主要利用声波传输实现。近年来，水声通信快速发展，原本单纯运用在军工领域的技术发展到了普通民用。随着芯片技术的变革与通信技术的发展，水声通信的速率与可靠性有很大提高。将水声通信应用到水下机器人领域，无人遥控潜水器可以摆脱电缆限制，利用水声通信接收水面操作员的指令，反馈图像；自主式潜水器可以实时传输采集数据，作业完成后无需回收即可重新编程新任务，提高作业效率。

超过国际先进水平

记者：根据您对国内外技术发展的判断，智慧海洋的技术水平在世界上处于什么位置？

A：从几个关键参数可以看出，我们的技术水准在国际上处于领先地位。一般衡量水声通信的效率有两个指标：其一是通信速率与通信距离乘积，速率与距离是成反比，乘积是一个定值，智慧海洋的货架产品目前是9Kbps的速率、5Km的通信距离，乘积是45Kbps.Km,国际上做的比较好的也只能达到40 Kbps.Km；其二是通信速率与占用带宽的比，智慧海洋的产品9Kbps的速率，占用的带宽是

21-27KHz,速率带宽比是1.5bps/Hz,国际上的做的比较好的只能达到1bps/Hz。另

外除了点对点通信之外，智慧海洋实现了水下Ad-hoc无线网络，是世界上唯一一家做出水声通信组网的网络系统。

我们最新实验室测试产品最高速率可达150Kbps。同时我们还是世界上第一家能全方位提供水下自组网支持的公司。

智慧海洋的水声通信产品（通过美国子公司）已被美国国家海洋和大气管理局（NOAA）选定，应用在华盛顿的切萨皮克湾(Chesapeake Bay)水文观测系统中。该公司水下无线网络系统可以为气象、航海、油气探测与挖掘、海产养殖等应用提供重要可靠的数据，并支持24小时不间断的数据传输；另外，2017年科技部的“无人无缆潜器水下组网通信”重点项目也已经采用智慧海洋最新研发的用于AUV嵌入的分体式水声通信模块；近几年已有近百套产品销往世界各地。