近日，廈門大學海洋與地球學院、水聲通信與海洋信息技術教育部重點實驗室童峰教授團隊分別在遙感領域重要期刊Remote Sensing和通信與信號處理領域重要期刊EURASIP Journal on Advances in Signal Processing期刊上在線發表了題為“A low complexity underwater acoustic coherent communication system for small AUV”和“R&D of a low-complexity OFDM acoustic communication payload for Micro-AUV in confined space”的研究論文，報道了團隊在小型水下無人平臺水聲通信技術領域取得的研究進展。

小型水下無人平臺具有體積小、靈活性高、成本低、布放方便等優點，可廣泛應用于水下應急救援、水下作業、水下環境監測、涉水休閑等領域。作為與小型水下無人平臺之間聯系的“紐帶”，傳統有纜連接方式中線纜在布放、作業、回收過程中容易出現纏繞、扯斷等問題，導致種種不便。而水聲通信技術以其“無線鏈路”的優勢，可為母船/岸基與小型水下無人平臺、無人平臺之間提供指令和數據交互，大大增加了水下作業靈活性。然而，水聲信道具有復雜的時-空-頻變特性、強多徑效應、高噪聲等惡劣條件，對設備性能提出很高的要求；另一方面，小型平臺在尺寸、算力、功耗、成本等方面都有嚴苛的限制，這使得專用水聲通信機并不適用此類場景。研發小型水下無人平臺水聲通信技術需在上述兩方面因素之間達到一種平衡。

針對這個問題，研究團隊設計了一種基于差分二進制相移鍵控水聲通信的技術方案。該方案采用直接延遲調整簡化多普勒補償，并與最小均方誤差自適應均衡、信道編碼結合，實現高效、低復雜度多普勒和多徑補償(圖1)；通過仿真數值模擬、方案硬件實現和湖試海試實驗，驗證了方案在小型水下無人平臺上實現相干水聲通信的有效性。

圖1、小型水下無人平臺高效、低復雜度相干水聲通信技術方案

在水池、管道、洞穴、水庫等受限水域中，應急救援、水下作業、環境監測等小型水下無人平臺應用場景往往需要高速率水聲通信鏈路以高效獲取水下狀態，而此類受限水域中嚴重多徑干擾對高效、低復雜度水聲通信系統提出了巨大的挑戰。

面向受限水域小型水下無人平臺應用，研究團隊采用時域、頻域聯合差分調制正交頻分復用(OFDM)技術方案，避免了復雜度高的信道估計、均衡處理，并設計了可適應嚴重多徑的同步捕獲方案；在此基礎上，基于嵌入式處理器設計實現了一種小尺寸、低系統開銷、適裝性好的水聲通信載荷（圖2），在受限水域進行的實驗中實現了通信速率為1.96 kbps 的水聲通信。該研究為此類場景下的小型水下無人平臺提供了一種高效、低復雜度的OFDM水聲通信解決方案。

圖2、面向受限水域小型水下無人平臺應用的OFDM水聲通信載荷

上述論文第一作者均為廈門大學海洋與地球學院博士生江偉華，通訊作者均為童峰教授，合作作者包括中國科學院上海光機所周田華研究員和香港科技大學張福民教授。研究工作得到了國家重點研發計劃項目（No. 2018YFE00110000）、國家基金重點項目（No. 62031011）以及上海市科委項目（No. 21DZ1205500）等的聯合資助。

相關論文：

1、Jiang W., Yang X., Tong F.*, Yang J., Zhou T., 2022. A low complexity underwater acoustic coherent communication system for small AUV. Remote sensing, 2022, 14(14), 1-15.

2、Jiang W., Tao Q., Yao J., Tong F.*, Zhang F., 2022. R&D of a low-complexity OFDM acoustic communication payload for Micro-AUV in confined space. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2022, 64, 1-10.

供稿：童峰

編輯：蘇穎

審核：劉志宇

審核發布：唐騰鳳