徐立軍，侯朝煥，鄢社鋒，張震，曾迪

?

深海潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐立軍1,2，侯朝煥1，鄢社鋒1,2，張震1，曾迪1

（1. 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所，北京 100190；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100190）

針對(duì)深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨螅O(shè)計(jì)了一種無(wú)線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)達(dá)一年時(shí)間內(nèi)對(duì)深海潛標(biāo)流速數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。由于水介質(zhì)和空氣介質(zhì)的不同，該方案在水下和水上采用了不同的數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)，其中在水下采用了無(wú)線水聲通信方式實(shí)現(xiàn)深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取，而在水上則采用銥星通信的方式將數(shù)據(jù)中繼回傳到陸地的監(jiān)控中心，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在西太平洋深海潛標(biāo)上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程表明，該系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取功能，在多種海況條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的可靠性和穩(wěn)定性。

水聲通信；深海潛標(biāo)；實(shí)時(shí)傳輸

1 引言

深遠(yuǎn)海數(shù)據(jù)的連續(xù)和實(shí)時(shí)觀測(cè)能力建設(shè)對(duì)海洋與氣候預(yù)報(bào)和海洋環(huán)境安全保障意義重大[1]。深海觀測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)積累和實(shí)時(shí)化傳輸，將加快我國(guó)海洋與氣候預(yù)報(bào)和環(huán)境保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)步伐，提升我國(guó)深海探測(cè)和科學(xué)研究能力，為實(shí)施“21世紀(jì)海上絲綢之路”倡議、保障國(guó)家海洋環(huán)境安全提供重要基礎(chǔ)支撐[2]。長(zhǎng)期以來(lái)深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)獲取主要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間布放潛標(biāo)后，返回布放現(xiàn)場(chǎng)回收潛標(biāo)，以獲取過(guò)去一段時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這種工作模式降低了海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，無(wú)法滿足短期內(nèi)獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際需求，因此如何實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取是物理海洋科學(xué)家迫切需要解決的問(wèn)題。美國(guó)在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始嘗試實(shí)時(shí)獲取CTD（鹽度、溫度、深度）和流速等傳感數(shù)據(jù)，1986年美國(guó)新罕布什爾大學(xué)[3]為了監(jiān)測(cè)緬因?yàn)晨诘乃|(zhì)季節(jié)變化，利用磁感應(yīng)傳輸對(duì)水下CTD數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)獲取，在6個(gè)月時(shí)間內(nèi)獲取了水深270 m的CTD數(shù)據(jù)。美國(guó)科學(xué)家后來(lái)相繼開(kāi)展利用磁感應(yīng)傳輸技術(shù)獲取海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的研究，包括實(shí)時(shí)獲取北極水面下1 000 m CTD剖面[4]、水下地震和火山低頻噪聲采集器時(shí)間同步[5]、監(jiān)測(cè)魚(yú)類和浮游生物[6]等。磁感應(yīng)傳輸獲取水下數(shù)據(jù)具有比較高的功耗效率比，但是由于設(shè)備間需要通過(guò)鋼纜連接，連接纜重力較大，需要匹配浮力設(shè)備，因此不適合幾千米長(zhǎng)距離的水下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。水聲通信是目前水下遠(yuǎn)距離無(wú)線通信的唯一手段，為了進(jìn)行大水深條件下水下數(shù)據(jù)獲取，科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始嘗試采用水聲通信技術(shù)進(jìn)行水下觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。在1990年，美國(guó)WoodsHole海洋研究所就嘗試采用水聲通信技術(shù)將多個(gè)水下設(shè)備數(shù)據(jù)傳到浮標(biāo)[7]，然后通過(guò)衛(wèi)星中繼到岸站基地，該系統(tǒng)對(duì)水下300 m、1 500 m和2 900 m 3套設(shè)備，這是一次典型的水下無(wú)線數(shù)據(jù)獲取嘗試，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中僅有1 500 m水深的通信機(jī)正常工作，該通信機(jī)采用非相干通信技術(shù)，通信速率為600 bit/s，平均誤碼率為0.1%。在20世紀(jì)90年代，美國(guó)國(guó)家大氣海洋管理局也嘗試了利用水聲通信獲取水下溫鹽深流等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)[7]，采用非相干點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，速率同樣是600 bit/s，工作時(shí)長(zhǎng)5個(gè)月。鑒于非相干水聲通信技術(shù)的日漸成熟，非相干通信一直應(yīng)用于水下數(shù)據(jù)的無(wú)線獲取應(yīng)用[8-11]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，物理海洋領(lǐng)域?qū)λ掠^測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳的需求日益增大，要求水下設(shè)備進(jìn)行聲傳輸時(shí)有更高的能源利用率，與此同時(shí)水聲通信技術(shù)快速發(fā)展，通信速率更高、每比特能耗更低的相干水聲通信開(kāi)始應(yīng)用于水下設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸[12-13]。除水聲通信技術(shù)外，國(guó)內(nèi)在水下觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸領(lǐng)域還嘗試了在長(zhǎng)電纜上利用電信號(hào)進(jìn)行水下長(zhǎng)距離有線傳輸[14-15]。目前實(shí)際運(yùn)行的實(shí)時(shí)化系統(tǒng)主要分布在近岸、河口等地，在遠(yuǎn)海大洋布放的潛標(biāo)實(shí)時(shí)化鮮有報(bào)道。在深遠(yuǎn)海觀測(cè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外均有布放在深海大洋的潛標(biāo)觀測(cè)陣列，其中應(yīng)用規(guī)模較大的有中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的西太平洋潛標(biāo)觀測(cè)陣列和美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理局（NOAA）以及美國(guó)國(guó)家潛標(biāo)數(shù)據(jù)中心（National Data Buoy Center）的TAO潛標(biāo)陣列。

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”于2013年啟動(dòng)，構(gòu)建西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)是專項(xiàng)的重點(diǎn)任務(wù)之一。西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)西太平洋赤道主流系及其與西邊界流關(guān)聯(lián)區(qū)、中深層環(huán)流大規(guī)模同步連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，填補(bǔ)國(guó)際上在西太平洋赤道流系和中深層環(huán)流同步觀測(cè)的空白[1]。中國(guó)科學(xué)院海洋研究所為了打破以往一年回讀數(shù)據(jù)的弊端，提高潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，在2016年開(kāi)始委托中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所進(jìn)行潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化傳輸改造，目的是能夠在長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)獲取水面以下1 000 m的流速剖面數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)深海潛標(biāo)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取的主要技術(shù)難點(diǎn)如下所示。

? 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳系統(tǒng)需要具有極高的工作可靠性，符合海洋工程應(yīng)用條件，能夠在大風(fēng)、強(qiáng)流以及高浪涌等多種惡劣海況條件和天氣條件下保持長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。這需要設(shè)備組成結(jié)構(gòu)和設(shè)備間的連接部件耐壓、耐海水腐蝕、抗沖擊，設(shè)備運(yùn)行的軟、硬件均能夠保證長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

? 該系統(tǒng)處于長(zhǎng)期自主工作狀態(tài)，需要具備穩(wěn)定的能源獲取途徑，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)該具有功耗控制模式，能夠保持在遠(yuǎn)離陸地條件下依靠自身能源供應(yīng)長(zhǎng)期工作。

? 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳系統(tǒng)需具有易組裝、易維護(hù)、易布放、易回收的工程應(yīng)用特點(diǎn)。深海潛標(biāo)布放點(diǎn)遠(yuǎn)離陸地，無(wú)法像陸地設(shè)備獲得可靠的技術(shù)保障和支持，而且深海潛標(biāo)的工作海區(qū)通常在大洋深處，海深較大、海況比近岸海域更加惡劣，因此該系統(tǒng)的組裝、布放和回收操作要簡(jiǎn)單、快捷。

根據(jù)以上需求和實(shí)際應(yīng)用難度分析，結(jié)合的海洋工程經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所提出了水聲通信和銥星通信兩種不同無(wú)線通信方式，通過(guò)系統(tǒng)集成后，研制出一整套潛標(biāo)實(shí)時(shí)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并進(jìn)行了海上試驗(yàn)應(yīng)用。

2 潛標(biāo)無(wú)線實(shí)時(shí)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體方案結(jié)構(gòu)

潛標(biāo)無(wú)線實(shí)時(shí)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作方式如圖1所示，該系統(tǒng)包括水下通信分系統(tǒng)、水面通信分系統(tǒng)兩個(gè)部分。水下通信分系統(tǒng)包括潛標(biāo)傳感器、水聲通信機(jī)和電源系統(tǒng)。水面通信分系統(tǒng)包括水聲通信機(jī)、衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)和電池系統(tǒng)。由于空氣介質(zhì)和水下介質(zhì)兩種不同的信道特質(zhì)，該系統(tǒng)通信鏈路分為水上和水下兩個(gè)部分，水上采用衛(wèi)星通信，水下采用水聲通信的無(wú)線通信技術(shù)方案，潛標(biāo)傳感器和水聲通信機(jī)之間通過(guò)水密電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖1 潛標(biāo)數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)化傳輸系統(tǒng)工作示意

該系統(tǒng)水面和水下分系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，潛標(biāo)在水下500 m主浮體上安裝兩部多普勒流速剖面儀（ADCP）和一部水聲通信機(jī)，3部設(shè)備通過(guò)水密電纜連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ADCP能夠獲得海面以下1 000 m流速剖面數(shù)據(jù)，水聲通信機(jī)通過(guò)水密電纜讀取ADCP數(shù)據(jù)后，用水聲通信和水面通信機(jī)建立數(shù)據(jù)連接然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，水聲通信完成后，水面系統(tǒng)利用衛(wèi)星通信模塊通過(guò)衛(wèi)星通信鏈路將數(shù)據(jù)傳給陸地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控中心。

2.2 基于單載波的高速水聲通信技術(shù)

水聲通信是深海潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。聲波在水介質(zhì)中傳播時(shí)能量會(huì)產(chǎn)生衰減，傳播能量衰減主要受兩個(gè)因素影響：擴(kuò)散衰減、吸收衰減。擴(kuò)散損失和吸收損失帶來(lái)的總傳播損失可用式（1）表示：

其中，l為傳輸距離，f為信號(hào)頻率，lr為參考距離，k決定了聲傳播模型，它是一個(gè)1~2之間的數(shù)值，k=1時(shí)對(duì)應(yīng)柱面波擴(kuò)展，k=2時(shí)對(duì)應(yīng)球面波擴(kuò)展，a(f)是聲吸收系數(shù)是頻率的函數(shù)。從式（1）可以看出，擴(kuò)散損失對(duì)所有頻率都是一樣的，吸收衰減產(chǎn)生的能量損失主要由海水介質(zhì)本身的剪切粘滯性、體積粘滯性和離子馳豫等原因造成，聲吸收系數(shù)a與頻率f之間的關(guān)系較為復(fù)雜，它可由經(jīng)驗(yàn)公式得到。在水聲通信中，通常采用Thorp經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算聲吸收系數(shù)a(f)，它主要適用于50 kHz以下頻段，其具體形式為：

由式（2）可以看出，當(dāng)頻率較高時(shí)，式（2）中的前兩項(xiàng)近似為常數(shù)，因此吸收衰減主要與聲波頻率的平方成正比，這使得聲波的吸收衰減隨著頻率增大而快速增長(zhǎng)。根據(jù)式（2）繪制的不同頻率聲波信號(hào)在傳播不同距離時(shí)的吸收衰減如圖3所示，圖3中自下而上分別為傳播1~10 km時(shí)，不同頻率信號(hào)由于海水吸收產(chǎn)生的衰減。

由式（2）和圖3可以看出，由于海水對(duì)聲波的吸收衰減作用，在長(zhǎng)距離聲信號(hào)傳播過(guò)程中，頻率越高的信號(hào)能量衰減越大，這使得利用寬帶信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離水聲通信時(shí)，水聲信道呈現(xiàn)一種低通特性，是典型的低通信道。海水的吸收衰減特性使得長(zhǎng)距離水聲通信帶寬很窄，因此水聲通信不是一個(gè)能量效率很高的通信方式。深海潛標(biāo)通常采用自容式工作模式，只能攜帶有限的電池進(jìn)行供電，在帶寬和能量受限的條件下，需要盡可能采用頻帶利用率高的水聲通信調(diào)制方式。目前比較成熟的長(zhǎng)距離水聲通信調(diào)制方式包括非相干通信、單載波相干通信、多載波正交頻分復(fù)用（OFDM）通信、擴(kuò)頻通信等，其中單載波相干通信和OFDM通信可以最大限度利用通信帶寬，提高能量利用效率。采用BPSK和QPSK符號(hào)映射的水聲OFDM通信調(diào)制信號(hào)的峰均比相比單載波調(diào)制高4 dB左右[16-17]，長(zhǎng)距離通信時(shí)，OFDM調(diào)制方式對(duì)功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍要求較高，基于以上幾點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了單載波相干水聲通信方式，信號(hào)通信頻帶為9~15 kHz，通信速率6 kbit/s，在1 000 m通信距離上可以獲得1 200 bit/J的能量利用率。

在水聲通信過(guò)程中，由于聲信號(hào)在傳播過(guò)程中在水面和水底反射，會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，其結(jié)果會(huì)使通信信號(hào)產(chǎn)生符號(hào)間干擾，因此相干水聲通信在解調(diào)時(shí)需要進(jìn)行信道均衡以消除符號(hào)間干擾。判決反饋均衡器的優(yōu)異性能已經(jīng)在水聲通信得到廣泛驗(yàn)證[18]，進(jìn)而產(chǎn)生了利用迭代譯碼和均衡器相結(jié)合的Turbo均衡器，本系統(tǒng)在Turbo均衡器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于時(shí)域反轉(zhuǎn)技術(shù)的的雙向Turbo均衡器，其原理是利用Turbo碼解碼過(guò)程中，時(shí)域正向和時(shí)域反向誤碼不相關(guān)性，進(jìn)行雙向Turbo迭代均衡后，進(jìn)行判決信息合并，產(chǎn)生時(shí)域分集效果。其調(diào)制過(guò)程中符號(hào)映射過(guò)程如圖4所示。

圖4 相干通信符號(hào)映射

圖5 直接自適應(yīng)雙向Turbo均衡器結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在2016年的“西太主流系潛標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)維護(hù)及升級(jí)”航次中得到成功應(yīng)用，該航次是中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”2016年科學(xué)考察任務(wù)之一，目的是完成一年一次的潛標(biāo)回收、維護(hù)、數(shù)據(jù)讀取、再次布放任務(wù)。在本航次中，該系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了一套赤道深海潛標(biāo)1 000 m深流速數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸，圖6（a）和圖6（b）是水面浮標(biāo)、水下潛標(biāo)布放過(guò)程示意，圖6（c）是根據(jù)該系統(tǒng)實(shí)時(shí)回傳的聲學(xué)流速剖面數(shù)據(jù)繪制的流速剖面圖。

圖6 海上應(yīng)用效果

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種潛標(biāo)實(shí)時(shí)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)建方案，在水面和水下采用了不同的無(wú)線通信方式。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)非常適合深海大洋水下數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程獲取。相比有纜通信，該系統(tǒng)布放方式簡(jiǎn)單、維護(hù)容易，對(duì)海洋上惡劣的氣候條件的適應(yīng)能力更強(qiáng)。目前來(lái)看，水聲通信的通信速率和長(zhǎng)距離有纜通信速率相當(dāng)，雖然在能量利用效率上還有差距，但是在海洋應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)原計(jì)劃工作時(shí)間為365天，理論計(jì)算工作時(shí)間為577天，實(shí)際海上工作時(shí)間252天。實(shí)際工作時(shí)間未達(dá)要求的原因是水面系統(tǒng)值班電路電池電量耗盡，水面值班電路在海上實(shí)際應(yīng)用前4個(gè)月已經(jīng)工作，水下值班電路則是在布放當(dāng)天工作，一年后設(shè)備維護(hù)時(shí)水下系統(tǒng)仍舊在正常工作。潛標(biāo)無(wú)線實(shí)時(shí)化傳輸系統(tǒng)的研制成功，將徹底改變深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)獲取模式，極大提高深海觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)效性，該系統(tǒng)工作可靠，易于布放維護(hù)，能夠進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用，對(duì)于海洋天氣預(yù)報(bào)、海洋氣候?yàn)?zāi)害預(yù)防具有重要意義。

[1] 汪嘉寧, 王凡, 張林林. 西太平洋深海科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行[J]. 海洋與湖沼, 2017(6).

WANG J N, WANG F, ZHANG L L. Construction and operation of the western pacific deep-sea scientific observation network[J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2017(6).

[2] 王凡, 汪嘉寧. 我國(guó)熱帶西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)初步建成[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2016(2): 258-263.

WANG F, WANG J N. China’s tropical western Pacific scientific observation network was initially built[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2016(2): 258-263.

[3] WOOD J, IRISH J. A compliant surface mooring system for real-time data acquisition[C]//Oceans 1987, September 28-October 1, 1987, Halifax, NS, Canada. Piscataway: IEEE Press, 1987: 652-657.

[4] KIKUCHI T, INOUE J, LANGEVIN D. Argo-type profiling float observations under the arctic multiyear ice[J]. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2007, 54(9): 1675-1686.

[5] MATSUMOTO H.A vertical hydrophone array coupled via inductive modem for detecting deep-ocean seismic and volcanic sources[C]//Oceans 2010 MTS/IEEE Seattle, September 20-23, 2010, Seattle, WA, USA. Piscataway: IEEE Press, 2010: 1-7.

[6] CHAVE R A J, LEMON D D, BUERMANS J. Near real-time transmission of reduced data from a moored multi-frequency sonar by low bandwidth telemetry[C]//Oceans 2015-MTS/ IEEE Washington, October 19-22, 2015, Washington, DC, USA. Piscataway: IEEE Press, 2015: 1-5.

[7] FREITAG L E, MERRIAM J S, FRYE D E, et al. A long-term deep-water acoustic telemetry experiment[C]//Oceans 1991, October 1-3, 1991, Honolulu, Hawaii, USA. Piscataway: IEEE Press, 1991: 254-260.

[8] SCALLY D, RYERSON D, TOWLES T. Acoustic telemetry in an automated system for long-term ocean data in real time[C]//Oceans 1984, September 10-12, 1984, Washington, DC, USA.Piscataway: IEEE Press, 1984: 748-752.

[9] LIPPERA. Real-time desalination plant outfall monitoring using acoustic telemetry modems[C]//Oceans 2011, September 19-22, 2011, Waikoloa, HI, USA.Piscataway: IEEE Press, 2011:1-4.

[10] SHIH H H. Real-time current and wave measurements in ports and harbors using ADCP[C]//Oceans 2012, May 21-24, 2012, Yeosu, South Korea. Piscataway: IEEE Press, 2012: 1-8.

[11] CODIGA D L, RICE J A, BAXLEY P A. Networked acoustic modems for real-time data delivery from distributed subsurface instruments in the coastal ocean: initial system development and performance[J]. Journal of Atmospheric & Oceanic Technology, 1990, 21(2): 331-346.

[12] FREITAG L, BALL K, KOSKI P, et al. Acoustic communications for deep-ocean observatories: results of initial testing at the MBARI MARS node[C]//Oceans 2010, May 24-27, 2010, Sydney, Australia. Piscataway: IEEE Press, 2010: 1-6.

[13] DESTINY F, JONATHAN W, MATTHEW G.An acoustically-linked deep-ocean observatory[C]//Oceans Europe, June 20-23, 2005, Brest, France. Piscataway: IEEE Press, 2005: 969-974.

[14] 蘭志剛. 平臺(tái)基有纜潛標(biāo)實(shí)時(shí)內(nèi)波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 海洋科學(xué), 2012, 36(12): 76-80.

LAN Z G. Platform-based cable submersible real-time internal wave monitoring system[J]. Marine Sciences, 2012, 36(12): 76-80.

[15] 趙忠生, 袁志偉, 黃磊,等. 深海潛標(biāo)ADCP的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸[J]. 海洋科學(xué), 2012, 36(8): 94-97.

ZHAO Z S, YUAN Z W, HUANG L, et al. Deep sea submersible ADCP real-time data transmission[J]. Marine Sciences, 2012, 36(8): 94-97.

[16] BREKHOVSKIKH L M, LYSANOV Y P. Fundamentals of ocean acoustics[M]. New York: Springer, 2003.

[17] ZHOU S L, WANG Z H. OFDM for underwater acoustic communications[M]. Hoboken: Wiley, 2014

[18] STOJANOVIC M, CATIPOVIC J A, PROKIS J G. Phase-coherent digital communication for underwater acoustic channels[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1994, 19(1): 100-111.

Design of a wireless real-time observation data transmission system for deep ocean mooring

XU Lijun1,2, HOU Zhaohuan1, YAN Shefeng1,2, ZHANG Zhen1, ZENG Di1

1. The Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

According to the requirement of the transmission of deep ocean mooring observation data, a wireless data transmission system was designed to help the ocean graphic scientists get the current data from the instruments of the ocean mooring in real-time mode. Because of the difference of the underwater acoustic channel and the terrestrial channel, communication technologies were applied, one was underwater acoustic communication, and the other was the communication by iridium satellites, the scientists could read the data at the land monitoring station. The results indicate that the system can fulfill the real-data acquisition from the deep ocean mooring, and the system shows the reliability under all kinds of weather conditions.

underwater acoustic communication, deep ocean mooring, real-time transmission

P715.2

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2018194

徐立軍（1977?），男，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所副研究員，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)電子電氣與通信工程學(xué)院副教授，主要研究方向?yàn)樗曂ㄐ?、水下信?hào)處理。

侯朝煥（1936?），男，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槁晫W(xué)、信息處理。

鄢社鋒（1978?），男，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師，水下航行器信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)電子電氣與通信工程學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)槁晫W(xué)陣列信號(hào)處理、水聲通信、信息處理。

張震（1989?），男，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所助理研究員，主要研究方向?yàn)樗曂ㄐ拧?/p>

曾迪（1990?），男，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所助理研究員，主要研究方向?yàn)樗曂ㄐ拧?/p>

2018?05?01；

2018?06?09

鄢社鋒，sfyan@mail.ioa.ac.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61531017，No.61431020）

The National Natural Science Foundation of China (No.61531017, No.61431020)