基于可靠声路径的深海水声通信网络连通性分析

摘要

随着人类对海洋探测脚步的不断迈进，水声通信网络在海洋探测开发中也得到一定的应用。水声通信网络中信息及时有效的传输有赖于整个网络的连通性，为了保证水下信息传输任务的完成，对整个水声通信网络的连通性进行分析是至关重要的。在水下通信网络中，各种通信任务的完成是以声波为载体的，因此，声的传播特性也影响着水声通信网络的效率。可靠声路径(Reliable Acoustic Path,简称RAP)作为深海声传播模式中的一种，声波通过可靠声路径传播时，海面和海底对声传播路径的影响较小，因此可以传播较远的距离，且传播损失也相对较小。同时，可靠声路径避开了界面混响与多途严重的声道轴，使接收到的信号质量得到提高。
　　本文以深海中的声传播为基础，分析了可靠声路径的物理机理及声传播特性，并结合计算机图论理论，从声传播角度对水声通信网络的连通性进行分析。
　　首先，分析了深海中的声传播特性。仿真分析了深海声道的三种声传播形式：围绕声道轴传播、通过汇聚区传播、通过可靠声路径传播；研究了射线声学理论在处理声线轨迹和声传播损失中的应用，以及以射线理论为基础的Bellhop声场计算程序。
　　其次，对可靠声路径声传播特性进行研究。研究了声速分布、海水深度、频率等对可靠声路径声传播的影响；研究了声波通过可靠声路径传播时，到达某一点的声线结构，声影区对声传播特性的影响，以及声线互逆性在水声通信中的应用；研究了海底地形对可靠声路径声传播的影响。
　　最后，以可靠声路径下的声场分布为基础，结合计算机图论理论提出了一种用于分析深海水声通信网络连通性的算法。在复杂的海底地形条件下，以深海水声通信网络节点为基础，利用该算法对给定的深海水声通信网络的连通性进行研究。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 可靠声路径的研究现状

1.3 水声通信网络的研究现状

1.4 论文的主要研究内容

第2章 深海中的声传播特性

2.1 深海典型声速分布和声线轨迹

2.2 深海声道的声传播

2.3 射线声学理论

2.4 Bellhop声场计算程序

2.5 本章小结

第3章 可靠声路径声传播特性分析

3.1 参数变化对可靠声路径的影响

3.2 声线结构分析

3.3 声影区分析

3.4 声线互逆性分析

3.5 海底地形对声传播的影响

3.6 本章小结

第4章 深海水声通信网络连通性分析

4.1 通信节点间的连通性判断

4.2 通信网络的连通性判断

4.3 最短路径查找

4.4 基于可靠声路径的水声网络连通性分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢