近日，浙江大學瞿逢重教授團隊自主研發的全平臺適配水聲通信機，在中國船舶第七〇五研究所組織的樣機驗收鑒定中，成功實現了14公里收發距離3.07kbps的相干高速率數據傳輸，傳輸成功率達到90%。
據悉，該試驗實現了目前世界上同類水聲通信機相同通信速率下可見報道的最遠距離，標志著我國自主研發高速率遠距離水聲通信機突破了海外國家技術封鎖，實現了技術超越。
困難重重，多年埋首研究
水下無線通信技術是保障水下裝備互聯互通的重要技術。因電磁波很難透過海水傳播，水聲通信是當下高速遠距離水下無線通信的唯一解決方案。
“頻率越低的聲信號在水下有效傳播距離越遠，但在低頻率下，可用于通信的帶寬非常有限，這就導致水聲通信難以同時滿足高速率和遠距離這兩大需求。不但如此，水聲通信還同時面臨鏈路質量差、傳播延遲高和極端多普勒效應等棘手問題。”瞿逢重介紹，與陸地5G移動通信在高速鐵路上的應用場景類似，水下潛器應用場景中，通信收發端的相對位置移動會帶來多普勒頻移，嚴重影響通信設備的正確解碼。“由于聲速遠小于電磁波速，且聲波頻率遠低于電磁波頻率，因此盡管水下潛器的運動速度遠低于高鐵的運動速度，但其對水聲通信信號造成的多普勒頻移卻是巨大的。”
瞿逢重投身水聲通信理論研究已有15個年頭。自2016年起，他帶領團隊著手研制全平臺適配高速率遠距離水聲通信機。團隊先后推出多代原理樣機，通過水池、湖泊、海洋等各類不同工作環境下的試驗，不斷完善通信算法和聲吶硬件系統設計，于2021年成功研制第一、二代產品化水聲通信機，并在多家單位得到實際應用。“我們采用自主設計的抗多普勒頻移水聲通信算法，最大允許收發相對運動速度為18.8節，使得該水聲通信機具備搭載在水下高速潛器上工作的能力。”瞿逢重說。
反復海試，終成正果
得益于浙大舟山校區的近海優勢，團隊多次在舟山海域噪聲嘈雜的復雜環境下對比自研設備與國外同類設備的實際性能。試驗結果表明，在相同傳輸數據（圖片或文本）、更低的發射功耗、更低的體積和重量下，浙大自主研發的水聲通信機在相近通信速率時的通信距離達到4.5km，國外同類產品不到2.0km。
同時，瞿逢重團隊還研制了面向視頻傳輸需求的高速率遠距離MIMO水聲通信原理樣機，并于2020年8月前往我國南海西沙群島附近的深海海域進行海試。
“我們在船速4～6節的條件下，實現了通信距離6.2km、通信速率42.8kbps的分布式MIMO水聲通信數據傳輸，達到了265.36kbps×km的通信速率距離乘積。”研發團隊成員、浙大海洋學院博士生楊劭堅介紹，對比分析IEEE Journal of Oceanic Engineering等期刊的相關論文數據，浙大南海海試結果為全世界可見報道最高的遠距離高速水聲通信指標。
國產化高速率遠距離水聲通信機的研制成功，對于解決深遠海無線數據傳輸需求有著里程碑式的重要意義。
轉自：浙江大學
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