创新型APNFM体制：水声数字通信声纳技术

如果把APNFM接收机与相应的发射机有机地结合起来，就可组建成APNFM体制的水声数字通信声纳。

1.APNFM水声通信声纳总体结构和工作过程概述

APNFM信号处理体制的具体实施可取不同方案。对民用定点水声通信场合，信道和工作条件相对稳定，不必采用较复杂的直接对弱多途取样的工作方案。

APNFM体制水声通信声纳的总体结构的简化示意图如图3-26所示。其信道参量预置检测方案，有关自适应部件就由信道参量提示，图中包括通信声纳的发射机与接收机，发、收状态的改变由转换开关实现，通信双方对称配置，以实现双向通信。APNFM通信声纳的工作过程如下：

1）呼应—预置：欲通信双方首先发射典型的适宜频码，既作为呼叫和应答的信息，又作为双方获取信道参量的探测信号。这些参量作为信道适配的本地PNFM图案确定和各自适应部件预置数据的依据，经双方本地适配PNFM图案的空间反转后，实现无信道先验知识条件下与传输信道的适配。

图3-26 APNFM水声通信声纳原理图(www.xing528.com)

2）正式的信息通信：多媒体信源，如语音、文本、图像、数据等，经格式化和必要的信源、信道编码后，成为无实质差别的比特流，与PN码发生器一起控制频率合成器，形成适配信道的PNFM图案，经功率放大器加于换能器上而辐射于水声信道。由于APNFM接收机包括Rake处理器，它等于对多阶多途信号的时间分集，一般不必再进行信道编码，以保持较高的通信速率。在某些通信条件下，如通信距离较近，使用的频段就较高，多途结构可能退化为单一主脉冲，而无分集效果，这时要考虑信道编码，以降低误比特率。在这种良好的通信条件下，信道的通频带利用有较大的冗余量，采取有效的编码方案，应无问题。对于信息量很大的图像通信，通常要采用图像数据压缩，以免使帧速率太低。

当通信声纳处于接收状态时，收、发兼用的换能器转接于接收状态，接收来自信道输出的发送信息，包含噪声的多途结构。这些微弱以致被噪声掩盖的多途信息，经前置级自适应预处理，对多途结构进行一定的干预和对噪声的抑制，以减轻后继部件信息处理上的负担。信息序列全时间取样部件在允许的误比特率条件下，检测随机到达的PNFM序列码元，必要时可给予积累后的重置。在此过程中，尚有可能判断个别码元的丢失和消除绝大多数的干扰脉冲，并为随后的自适应Rake处理器提供必备的技术支持。

本机的自适应多途适配—耙式（Rake）处理器，在呼应—预置检测信号对多途结构分析的基础上，其齿数、齿间距和耙速率等可依随机时—空—频变化时多途结构自适应地改变，从而实现对多途能量的取样。一旦结合了适宜方式的合并，可获得多途传播条件下接近以最大输出信噪比为准则的最佳检测效果。

耙式处理器输出的PNFM序列码元与本地PNFM图案进行对比、判决，经不同通信媒体相应的信道、信源解码后，在信宿终端依要求的误比特率重建对应的多媒体信源信息。

3）自适应校正：水声通信信道的本质特征之一，是它的强烈而又可快速的时—空—频域起伏，而一般水声通信的工作时间又可能较长（几分钟以上）。在此期间，水声信道不能看为时不变，而需把整个通信时间分为多个子时段，经多次校正以保持与时变信道的适配，由于水中声速只有1.5km/s，当通信距离较远时，通信双方互通信道信息的时间可能大于信道相关时间，要采用自适应校正方案，才能解决。本接收机自适应校正时间与通信速率有关，但均可在远小于信道相关时间内完成，以使水声通信能持续而可靠地进行。