水聲通信

央視國際 2003年06月06日 17:17

　　這是國際上高水平的技術，在遠距離水裏能清楚地接收到語音信號，目前世界上也只有極少數軍事強國才能做到。我國廈門大學以許克平教授為首的這個課題組出色地完成了國家交給他們的863項目，已經成功解決了在10公里之內水下信號相互清晰的傳遞，他們這個系統已達到實用要求。

　　這個系統的工作原理是首先將文字、語音、圖像等信息，通過電發送機轉換成電信號，並由編碼器將信息數字化處理後，換能器又將電信號轉換為聲信號。聲信號通過水這一介質，將信息傳遞到接收換能器，這時聲信號又轉換為電信號，解碼器將數字信息破譯後，電接收機才將信息變成聲音、文字及圖片。

　　聲音是由於震動而産生的。在海裏面，我們要把我們講話的信息傳到遠處也一樣，僅僅是把空氣換成是海水，這一傳輸就要另外一個嘴巴了，這個嘴巴我們叫做水聲換能器。

　　能將聲能和電能相互轉換的儀器叫做換能器。有了它，人們就可以在空氣中、水中、固體中任意發射和接收不同頻率、不同強度的聲信號了。

　　水聲通信機使用的是模擬信號，可是海洋中的波浪、魚類、艦船等産生噪聲，使海洋中的聲場極為混亂，聲波在海水中傳遞時産生“多途徑干擾信號”這一較大的難題，導致接收到的信號模糊不清。

　　半個世紀以來，水聲領域的專家對這一難題一直束手無策，老式的模擬水聲通信機一直沿用至今。由於數字通信的産生，陸地上的信號干擾被成功解決，水聲領域的專家也開始了在該領域進行探索。

　　他們認真分析了目前世界上抗多途干擾的幾種方法， 最後課題組一致認為還是採用電磁波抗干擾的手段——跳頻通信，它既能抗多途徑干擾又能保證信息安全。

　　因為海水成分很複雜，所以聲波傳遞時就被吸收了一部分，而且頻率越高吸收就越厲害，對於頻率低的聲波海水反而吸收少。專家測得結果，聲波頻率在4000赫茲左右為遠距離傳遞的最佳頻率，而用4000赫茲的頻率去實現跳頻通信，頻點與頻點之間的距離就很小了。

　　如果電磁波的跳頻技術用在海中，頻率資源充足的情況下傳輸一組信號，頻率相差大時，電路內部做處理的時候，就用兩個不同頻率表示1和0，相當於顏色相差大，如：赤、橙、黃、綠、青、藍、紫這一組信號代表一個文字，碰到干擾後雖然到達的時間不一致，但由於顏色區別大也就是頻率相差大接收方就容易辨認了，這樣就解決了信號干擾問題。經過攻關他們研製出一個全新的跳頻技術，終於成功解決了多途徑干擾問題。因為語音傳輸是水聲通信最難攻克的瓶頸問題，要求精確度極高，難度也最大，語音傳輸成功的實現，使這個項目完全成功了，他們做到了。

　　最近課題組又迎接了新一輪的挑戰，投入遠距離50公里以外的數字式語音和圖像傳遞，以及數字式彩色圖像傳遞的工作中。

　　目前，海洋聲學還是一門迅速發展的學科，水聲多媒體通訊是海洋科技界多年來追求的一個目標，人們希望在水下也能像在陸地一樣快速地傳輸語音、圖像、文字及數據。我們相信隨著研究的深入開展，水聲科技工作者的積極努力，這一目標一定能早日實現。文/王春梅（《走近科學》欄目供稿）