水聲功率放大器在仿生水聲通信中的應用
【概述】
2025年廈門大學研究團隊發布論文《High-Speed Bio-Inspired Covert Underwater Acoustic Communication Technology for the Underwater Internet of Things》；研究中使用Aigtek安泰ATA-L8水聲功率放大器，搭建仿生水聲通信系統。在本文中，提出了一種基于海豚點擊和相位旋轉調制（Click PRM）的高速BCUAC方法，通過點擊的相位變化傳輸信息。理論分析和實驗驗證均證實了該方法的偽裝效果。利用ClickPRM，我們實現了兩個UIoT節點在淺水區域之間的實時圖像傳輸，通信距離為405米，傳輸速率為11.22Kb/s，證明了其通信性能比現有的BCUAC方法高一個數量級。此外，這項技術提供了靈活的迷彩載體切換，為各種UIoT場景中的安全數據傳輸提供了可行的解決方案。
實驗名稱：功率放大器在仿生水聲通信中的應用
研究方向：仿生隱蔽水聲通信
實驗內容：使用海豚聲信號作為信息載體，通過功率放大器驅動換能器實現水下數據的隱蔽傳輸。
測試設備：ATA-L8水聲功率放大器，NIUSB-6356采集卡，WCCT614換能器，水聽器等。
實驗過程：
圖1：實驗測試系統圖
在發射端，使用一臺PC通過MATLAB腳本生成仿生通信信號。隨后，LabVIEW軟件控制DAC將離散信號轉換為模擬信號，并傳送至ATA-L8功率放大器。通過調節放大器增益，確保換能器達到足夠的聲源級水平。最后由換能器將電信號轉換為聲信號在水中傳播。在接收端，我們采用水聽器探測水中的聲信號并將其轉換為電信號。LabVIEW軟件控制ADC將這些電信號轉換為離散信號，隨后傳輸至PC。最后，利用MATLAB腳本對信號進行解調并呈現實驗結果。
實驗結果：
圖：實驗結果
如圖3所示，未經相位補償的星座圖因嚴重多徑干擾呈現高度分散狀態，誤碼率在15%至40%之間波動，導致數據幾乎完全失真。相比之下，經過均衡處理的星座圖呈現出更清晰的聚類特征，多徑效應引起的相位旋轉得到有效補償，在多數情況下實現了無差錯傳輸。如圖4所示，我們首次使用仿生通信在淺海環境中實現了水下圖片的實時傳輸，通信速率高達21.72kbit/s，高于現有水平2個數量級。從接收信號的時域波形和時頻分布中可觀察到一定程度的噪聲和明顯的拖尾現象，這主要是由信道的多徑效應引起的。這一特征在相位補償前的星座圖中同樣得以體現。通過計算接收訓練符號與本地無噪聲訓練符號之間的相位差，我們對星座點進行反向旋轉處理，使其更接近標準映射位置。盡管解調后仍存在少量誤碼，但這些誤差并未對圖像傳輸的整體質量產生顯著影響。
安泰放大器在此應用中的產品優勢：
1.高輸出功率與高聲源級——實現遠距離可靠水下傳輸的核心保障
2.高線性度與低失真——精確復現海豚聲信號的仿生特征
3.寬頻帶覆蓋與平坦響應——適配聲信號的寬頻特性
【推薦產品】：ATA-L系列水聲功率放大器
圖：ATA-L系列水聲功率放大器指標參數
本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網www.wj539.com或撥打029-88865020。
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