短距離水下布里淵脈沖無線通信關鍵技術研究.pdf

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

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

3、擇或設計水下通信的脈沖信號，實現(xiàn)短距離、高帶寬水下無線通信具有重要的意義。
　　介質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)既有形式簡單的理論模型，也有依據測量數(shù)據擬合出來的實際模型。本文在不同介電常數(shù)模型分析的基礎上，以形式簡單的理論模型完成了電磁場傳播的近似表示和傳播動態(tài)描述；給出了不同介質模型的鞍點動態(tài)、復相位函數(shù)以及電磁場傳播的近似公式；驗證了淡水和海水不同介質模型的鞍

4、點動態(tài)、復相位函數(shù)動態(tài)以及布里淵前兆傳播動態(tài)；分析了不同介電常數(shù)模型對布里淵前兆傳播的影響。
　　初始信號的頻譜能量分布是影響布里淵前兆傳播的另一個主要因素，因此必須要選擇或設計適合水下通信的信號。信號在傳播過程中的幅度衰減和時域寬度特性是衡量信號是否適合水下通信的標準。本文分別選取單脈沖超寬帶信號、載波調制信號和雙布里淵脈沖信號等三類八種信號，分析了不同信號在淡水和海水中不同相對傳播距離上的傳播動態(tài)；得到了不同輸入信號幅度衰減和

5、時域寬度特性；確定了雙梯形脈沖作為水下脈沖通信的候選信號。
　　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水下通信的影響，又要確定脈沖的操作頻率和時間間隔，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、溫度和脈沖頻率對脈沖傳播影響分析的基礎上，重點分析了淡水50米范圍內和海水1米范圍內的雙梯形脈沖的傳播情況；綜合考慮實際傳播范圍內的脈沖幅度和相對傳播距離上的脈沖傳播特性，給出了不同通信范圍內可能達到的最大通信