水下通信技术现状与趋势,该文是关于通信技术类毕业论文模板范文跟通信技术和通信技术现状和趋势类毕业论文模板范文.
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海洋中蕴含着丰富的物质资源,是各国的必争之地,无人潜行器对军民两个应用领域都具有较高的潜在价值.而水下通信技术是无人航行器工作的必备条件,由于其通信空间受到传输介质的制约,一直是国际上研究的热点问题.其中包括光通信技术、声光复合通信技术、移动网络通信技术等,新材料的出现也在提升了传输载荷在某些方面的特性,为水下通信开辟了新道路.
一、水下光通信技术
水下光通信包括两种方向：有线光通信和无线光通信.有线光通信是指在海底铺设光缆作为通信载体,海水可防止外界光磁波的干扰,所以,海缆的信噪比较低,由于,光信号的传播速度接近光速,因此,几乎没有延迟,且光缆的寿命较长可达25 年.无线通信是指海水对蓝绿激光的衰减比对其它波段光的衰减小很多,多采用这种方式,也有提出采用紫外线的通信方式.光通信的优势包括：光波频率高,承载信息能力强；传输速度快；抗干扰能力强；方向性强等.
二、声光复合通信技术
光纤传输是一种以光导纤维为介质进行的数据、信号传输技术,现今已被应用到水下通信领域,复合水声信号的光纤传输系统是利用光电混合缆中光纤、电缆共存的结构,通过光纤向接收设备传输接收的多路声信号,包括压力、磁、温度等辅助传感器数据,再用光纤,把控制水下基阵的指令及控制等指令发送给水下载体.通过电缆,向水下载体端发射用于水下发射换能器的高压大功率电脉冲信号.基于Manchester 编码技术,可有效提高对海量数据的双向稳定传输,是一种较可靠的水下声光复合通信方式.
三、移动网络技术
水下移动通信网络是由一系列可自由移动的节点组成,摆脱物理环境的制约,可达到任何位置,同时,提高了节点的使用率.水下传感器网络是通过人工抛撒的方式将其布放于目标海域,每个节点根据预先编制的网络协议,采用自组织的方式形成传感器网络.按照网络体系结构可划分为：水下二维网络、水下三维立体网络和水下移动网络.
水下二维网络一般将节点锚定在海底,节点依附气囊,在水中向下浮沉.通过声波的方式进行组网,形成对目标海域的监控.三维立体网络结构不但有海底节点和水面节点,同时节点存在于水中,节点具有两种通信方式,水下可采用声波通信,水面利用无线电波进行通信.水下移动节点可以是随海漂流的移动节点,其可以扩大检测范围,并可根据任务不同形成自己的移动网络.
四、中微子通信技术
中微子穿透能力极强,可以穿过海水甚至地球,因此,采用中微子通信可以确保点对点的通信,它方向性好,保密性极强,不受电磁波干扰,衰减小,将成为海军潜艇水下隐蔽通信的有力保障,但此项技术目前还处于实验室试验阶段.
五、新材料和新器件的发展
换能器是声纳系统的核心部件,其作用是进行能量转换,它的材质有的采用压电材料,如：压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物等,利用压电效应进行磁能和机械能之间的转换；有的采用磁致伸缩材料,如：钴、镍、镍铁合金、铁氧体、稀土铁合金等,利用磁致伸缩效应来转换能量形式.换能器性能取决于其核心材料的发展,如：稀土合金Terfenol-D、弛豫铁电单晶铌镁酸铅- 钛酸铅、铌锌酸铅- 钛酸铅等,压电陶瓷材料BaTiO3,PZT,PZT-8 等.其中,稀土超磁致伸缩材料水声换能器利用磁致伸缩效应实现能量转换,主要用来研制低频大功率水生发射换能器.用其制作的纵向换能器结构简单,磁致伸缩棒与前辐射头和尾质量块结合成类似一维振动系统,前辐射头一般为轻质材料,尾质量块一般为密度大的材料,以实现辐射面输出更大的振动位移.圆环形换能器有若干个稀土棒围城正多变形,通过过度件激发一系列圆弧面作径向振动实现大功率声辐射.弯张换能器是利用压电陶瓷堆或者磁致伸缩棒的纵振动来激励具有振幅放大效应的外壳辐射面作弯曲振动的一类换能器.
弛豫铁电材料水声换能器可分为电致伸缩陶瓷类型和弛豫铁电单晶类型,后者比前者的制作工艺复杂,这类材料也已被制作成多种类型换能器,如弯张换能器、纵向换能器等.压电聚合物制作换能器时可以设计成任意形状,并且材料的声阻抗率低,与水介质或其它生物组织实现阻抗匹配,常用来制作高频标准水听器、高频换能器、共形基阵及多元化复合换能器列阵等.
六、未来水下通信技术的突破点
综上所述,未来水下通信技术的突破点还要立足于以下几个方面：
首先,随着新材料、新器件的出现,水声通信器件的作用距离和工作深度会不断提高,工艺的进步使得相对低廉,是目前性价比较高的水下通信方式.
利用蓝绿激光可以使潜艇在工作深度或更深的海水中接收报文,可在不损失隐蔽性的情况下做到实时、保密的可靠通信,通过减少激光在水下的衰减,可进一步提高通信距离,这种方式是未来水下通信安全性最好的方式.
中微子这种特殊的粒子特性,其穿透性极强,甚至穿透地球后信号衰减不足千分之一,那么,随着对中微子研究的深入,中微子发射器和接收器的成本也会下降,利用中微子进行水下通信是有较大发展前景的方式之一.
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