實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在仿生水聲通信中的應(yīng)用

研究方向：仿生隱蔽水聲通信

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使用海豚聲信號(hào)作為信息載體，通過功率放大器驅(qū)動(dòng)換能器實(shí)現(xiàn)水下數(shù)據(jù)的隱蔽傳輸。

測試設(shè)備：ATA-L8水聲功率放大器，NIUSB-6356采集卡，WCCT614換能器，水聽器等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)圖

在發(fā)射端，使用一臺(tái)PC通過MATLAB腳本生成仿生通信信號(hào)。隨后，LabVIEW軟件控制DAC將離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送至ATA-L8功率放大器。通過調(diào)節(jié)放大器增益，確保換能器達(dá)到足夠的聲源級(jí)水平。最后由換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)在水中傳播。在接收端，我們采用水聽器探測水中的聲信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。LabVIEW軟件控制ADC將這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，隨后傳輸至PC。最后，利用MATLAB腳本對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖3所示，未經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)男亲鶊D因嚴(yán)重多徑干擾呈現(xiàn)高度分散狀態(tài)，誤碼率在15%至40%之間波動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幾乎完全失真。相比之下，經(jīng)過均衡處理的星座圖呈現(xiàn)出更清晰的聚類特征，多徑效應(yīng)引起的相位旋轉(zhuǎn)得到有效補(bǔ)償，在多數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)了無差錯(cuò)傳輸。如圖4所示，我們首次使用仿生通信在淺海環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了水下圖片的實(shí)時(shí)傳輸，通信速率高達(dá)21.72kbit/s，高于現(xiàn)有水平2個(gè)數(shù)量級(jí)。從接收信號(hào)的時(shí)域波形和時(shí)頻分布中可觀察到一定程度的噪聲和明顯的拖尾現(xiàn)象，這主要是由信道的多徑效應(yīng)引起的。這一特征在相位補(bǔ)償前的星座圖中同樣得以體現(xiàn)。通過計(jì)算接收訓(xùn)練符號(hào)與本地?zé)o噪聲訓(xùn)練符號(hào)之間的相位差，我們對(duì)星座點(diǎn)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)處理，使其更接近標(biāo)準(zhǔn)映射位置。盡管解調(diào)后仍存在少量誤碼，但這些誤差并未對(duì)圖像傳輸?shù)恼w質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。

功率放大器推薦：ATA-L系列水聲功率放大器

圖：ATA-L系列水聲功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇