3.5.3 如何利用通信声纳方程进行水声数字通信声纳的性能预估-凯发娱乐
以扩频中的跳频（fh-ss）体制为基础的水声调制器，要求有中等通信距离（r=15km）和中等通信速率（r=600bit/s）。此通信机要能适配于绝大多数海区的多途结构，并可推广于多媒体（语音、文本、图像和数据）水声通信，组成兼容式的通信声纳，可广泛用于民用水声通信。
如同主动声纳在混响背景下检测，提高发射功率wa和采用通常的滤波器方案。
对于r=15km的水声通信，可采用较高的工作频段。初步选定中心频率为15khz。此频率下的多途幅度衰减较快，总时延较短。大多数海区对信号检测有影响的多途总时延小于50ms。如采用自适应抗多途频码压缩方案以适应此时延值，所需的频点在10个以下，并使整机工作于噪声背景下。
图3-8 主动声纳参数的回声测距示意图
要求的通信速率r=600bit/s，如采用fft鉴频，频率分辨率是600hz，采用czt鉴频，可使频率分辨率提高2/5。这样，跳频图案的频隙为360hz，整机的频带宽度为3.2khz，适合距离r=15km的通信条件。为避免宽频带带来的高nl，接收机采用跟踪滤波方案。这样，计算nl的频带b=360hz。如要求在6级海况下仍能正常工作，海洋环境噪声谱级nl01≈45db。对于定点通信或慢航速条件下，15khz的舰船自噪声可略去不计，取nl01=55db。在通信双方的方位未知场合情况下，水平方向取无方向，垂直方向的指向性不宜过于尖锐，取dit=di=0db。对于采用弱信息检测的改进型fh—ss体制，取（dt）i=10db，应能使调制机获得误码率pe=3×10-2的信息重建，这时的pe适用于小数据压缩比（8以下）的图像及无需数据压缩的图像文本（二灰度级图像）通信。对于要求3×10-4的语音通信，可采取编码率2∶1（或3∶1）成熟的卷积码，这时有效的通信速率re=300bit/s基本适合语音通信要求。如要求pe=10-5的数据传输场合，采用编码率为3∶1的turbo码方案，对应的re=200bit/s。
经上述设计后，算出通信声纳各参量，最终由背景噪声下的通信声纳方程进行发射功率的预估
sl=（dt）i tl nl （3-21）
式中，tl=20lgr βr=106db（15khz的β≈1.5db/km）；(https://www.daowen.com)
nl=nl01 10lgb-di=81db。
因此，sl≈197db，即发射声功率wa=350w。以70%的电—声效率计，要求发射电功率为500w。对于舰载通信声纳，此功耗能承担。
上述是依fh-ss体制的水声通信机进行性能估算。如采用新型体制，可用低的工作频段，用自适应rake处理器对多阶多途进行取样和适宜合并，可能获得5～10db的分集处理增益，这等效于允许（dt）i降低相应的分贝数。两者的结合可使通信距离成倍地增加。
水声通信机上限频率取8khz，β≈0.55db/km，在此频率下的nl01较15khz提高5db，由于取di=dit=0db，则不必考虑频率降低对指向性的影响，在r大于15km的条件下，所接收到的信号均为多途转化来的，认为自适应rake接收时路径分集获得单个多途对应的信噪比的一倍，即有6db时附加时间处理增益，等效于（dt）i由10db降至4db。因此
tl=sl-（dt）i-nl=107db （3-22）
估算得出r≈30km。
上述r的估算是假定tlg依球面扩展而得的，可作为基准的数据。