基于水下三维传感器网络的海洋环境立体监测系统关键技术研究

深入分析了我国海洋环境监测技术的不足与现实需求,提出一种基于水下三维传感器网络的海洋环境立体监测系统,探讨了系统的组成、架构及其涉及的关键技术。设计了可自主沉浮的水下传感器节点,探讨了水下传感器节点间、系统与控制中心间的通信方式,对网络拓扑结构进行了三维仿真,最后对水下三维传感器网络的应用前景进行了展望。     

一种水声组网定位一体化系统设计与实现

水声网络已在海洋信息立体化获取、传输、感知领域中得到广泛研究和应用,水声网络节点的位置是水声网络协议设计、多样化应用中常常需要的重要信息。依托全球定位系统定位、采用常规水声定位技术获取水声网络节点位置等解决方案存在着无法直接水下应用、多节点需多次定位效率低、需要精确时间同步等问题。提出一种水声组网定位一体化方案,该方案利用水声网络运行过程中网络节点互联互通进行的交互可以直接通过应答测距方式进行节点位置解算,从而实现在不影响网络通信的情况下,无需精确同步的通信定位一体化功能。给出了系统组网通信、测距、定位、误差校正等核心环节的设计过程,设计了一套小规模水声网络通信定位试验系统,并开展湖试试验。湖试试验结果初步表明了该系统组网、定位一体化的有效性。     

水声通信网络的资源分配发展综述

随着陆地资源的枯竭,人类逐渐把目光转向了蓝色海洋。水声通信网络(Underwater Acoustic Communication Network,UACN)能够有效实现水下信息交互,是认识、开发、利用海洋的重要工具,并在推动“智慧海洋”建设中发挥着重要作用。但是,水下节点的发射功率、转发中继、通信信道等通信资源严重受限,这将无法满足 UACN 长期且有效作业的需求。资源分配技术能够在不提升网络硬件成本的情况下有效改善网络能量效率、抗干扰性等相关性能,在水下信息交互需求激增的背景下具有极高的研究意义与应用价值。因此,如何对有限的网络资源进行合理分配已成为 UACN 领域的研究热点之一。首先对 UACN 系统进行了简要介绍,然后研究分析了 UACN 资源分配技术及意义,并重点指出了其资源分配的发展现状、趋势和面临的挑战。     

SOCS_EWF:空海岸潜一体化目标探测与应急通信体系架构

当前海洋自然灾害与突发事件频发,南海维权形势严峻复杂,针对我国海洋目标探测与远距离通信预警能力薄弱,不能满足海洋强国建设战略需求的问题,本文提出一种空海岸潜一体化的目标探测、应急通信预警体系架构"SOCS EWF"。该架构利用空(临近空间浮空器)、岸(天波雷达)、海(综合信息浮台、波浪滑翔器、地波雷达)、潜(水下拖曳阵声呐)4种技术手段,通过有机组合形成深远海超视距低空及海面目标、水下声学目标的探测感知与应急通信保障能力。"SOCS EWF"体系架构设计可有效填补远海应急通信与空海目标一体化监测预警的空白,大幅增加现有海洋目标监测预警网络系统的有效范围,显著提升我国海洋活动的海上安全保障能力。     

水下光通信技术的研究与展望

水下光通信(Underwater Optical Wireless Communication,UOWC)是一种新型的水下通信技术, 具有保密性好、可靠性高等优点,对于构建全光立体通信网络以及 6G 空天海地一体化全方位通信有重要的意义。分析了水下光通信相较于其他传统水下通信方式的优点,对水下光通信发展历程与进展进行了综述,对比了水下光通信 2 种主流光源：激光光源和 LED 光源。针对现阶段水下光通信面临的难题,提出了一种完善的水下光通信系统框图,并研制出相应的硬件系统,完成了水下通信调试。水下光通信是一种切实可行的新型通信方式,兼具灵活、保密、高速率等特点,在未来的 6G 时代中将会得到进一步的发展和应用。     

水下传感器网络协作多输入输出通信技术研究

Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)是水下传感器网络(Underwater Sensor Networks,UWSNs)性能改进的重要技术。然而受水下通信条件限制,MIMO技术的实施存在极多障碍。协作MIMO为UWSNs实施MIMO通信提供了新的研究途径。设计了一种UWSNs网络协作MIMO通信方法,阐述了网络部署模型,多跳协作通信架构,协作MIMO能耗模型,网络性能仿真与优化算法,网络测试平台的开发和协作MIMO节点的试制,相关的实验仿真等内容。通过研究,期望验证水下传感器网络协作MIMO技术的可行性、合理性及有效性,为部署高速可靠UWSNs网络提供理论和技术支撑。     

水声通信网及其多址接入技术

随着世界各国海洋开发步伐的加快,对水下传感器网络、水下监视系统、水声预警网络的需求愈来愈迫切,海洋水声通信网络的研究成了世界范围内的研究热点.水声通信网研究面临的主要困难是:海洋声信道的长延时、可用频带有限、严重的时变多途影响、功耗限制、网络安全性等.在分析水下无线通信的特殊环境后,针对水声通信网的多址接入技术进行了研究,选择适合的传输方式及相关协议构建基于OFDM与CDMA技术结合的水下通信网多载波CDMA系统;在matlab上实现多载波CDMA技术的水声通信网络节点对节点的数据传送,并得出了该系统的仿真结果:在帧长一定的情况下,随着信噪比的增大,系统的误码率会减小.在信噪比一定的情况下,子载波数目的进一步增大不会带来系统误码率的改善反而会使系统复杂性增加,降低系统的平均吞吐量,因此子载波数的选择应该在系统复杂性和效率之间折衷考虑.当水声信道上的信噪比一定时,可以通过控制数据帧的长度和子载波的个数来实现较高的网络平均吞吐量.     

海上风电工程结构安全监测体系框架设计

文章针对海上风电工程结构安全监测的需求,在系统回顾了目前的主要监测现状及存在的监测难点的基础上,初步构建了水上、水下一体化安全监测体系基础框架,阐述了主要的工作流程,重点探讨了海上风电工程安全监测中的精密单点定位（PPP）技术、高程传递、多传感器集成、精密水下定位技术、水下摄像机标校、水下三维激光点云快速建模、水下桩基全景影像与点云数据匹配、多波束与侧扫声呐数据融合等关键技术,以期为海上风电工程结构设施管控、变化监控和防灾减灾提供新的应急方案和技术支撑。     

支持灵活构建北斗通信网络的节点设备

采用北斗管理型用户终端设备和北斗数据采集型终端设备构建通信网络的方式,在一定程度上能够满足迅速组网的需求,但是该网络一旦建成后,就不能随意进行变动。这不利于北斗系统的大规模推广应用。为了解决该问题,通过详细分析北斗组网功能的技术体制,并对现有北斗通信网络设计的优缺点进行分类对比,最后提出基于节点设备灵活构建北斗通信网络的方法。该方法的核心是设计了一种节点设备,该设备由北斗数据采集型终端设备和相关软件构成。利用该设备能够非常方便地将各个分通信网络组合成大的统一的通信网络,同时也支持不同通信网络的子网络之间的任意迁移和改动。     

面向智慧海洋的MIMO探测通信一体化波束成形设计

随着智慧海洋的不断发展,海洋研究中海洋信息的可靠获取、高速传输和高效处理越来越重要。为此,考虑一个面向智慧海洋的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）探测通信一体化系统,在同一平台上共享相同的频谱资源来同时实现水下目标探测与通信。首先,对基于通信信号以及基于通信和探测信号叠加的2种一体化波形构成方法进行研究,在满足总功率及通信用户信干噪比需求的约束下,最小化MIMO探测发射波束图匹配误差和互相关图。然后,针对建立的2种波束成形设计问题,将其转化为二次半定规划问题并采用半正定松弛算法进行求解,得到探测通信一体化波束成形矩阵。最后,仿真结果验证了MIMO探测通信一体化波束成形设计的可行性。