一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统

1.本发明属于水下通信技术领域，特别是涉及一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统。


背景技术：

2.近年来，水声通信作为目前已知的唯一一种可靠水下远程信息传输技术，已经广泛应用于海洋信息获取、海洋环境监测、水下信息传输与交互等领域，在开发海洋资源、预防海洋灾害及加强海域安全等方面具有重要意义。水声信道频谱资源有限，多普勒扩展严重造成水下通信网络效率低下、吞吐量有限。随着水下信息交互需求的日益增长，以半双工为主的水声通信网络已无法满足更高数据传输速率的需求。值得关注的是，带内全双工水声通信可以在相同的通频带内显著提升水下频谱效率和数据传输速度，其对于频谱资源严重受限的水声通信应用场景具备极高的研究意义与应用价值，已然成为水下通信领域研究热点之一。
3.带内全双工水声通信技术的关键问题在于对本地近端发射的强自干扰信号进行抑制或抵消，从而保证近端的信号接收系统可以成功接收并解调来自远端的微弱通信信号。目前，针对带内全双工水声通信的自干扰信号抑制和抵消手段主要分为：空间维度上实现本地干扰抑制、采用信号处理算法进行自干扰抵消。然而，由于结构设计以及信号处理技术等方面的局限性，目前的全双工水声通信技术仍需要进一步的探索和突破。值得一提的是，在空间维度上的自干扰信号抑制技术能够在强干扰信号的起始端降低本地干扰影响，可避免期望信号淹没在量化噪声中，结合信号处理算法后，可进一步显著提升水声通信系统的干扰信号抑制能力，由此实现高性能带内全双工水声通信技术。目前，针对带内全双工水声通信系统在空间维度上的自干扰抑制和抵消方法主要包括：采用带指向性的水声换能器、采用声障板等隔离吸收材料以及采用波束形成技术对本地干扰信号滤波并增强期望信号。然而，需要指出的是，全双工水声通信系统中的声障板通常需要较大尺寸，而使用指向性换能器需要采用较大的辐射孔径，这些问题导致设备尺寸大且重量沉，难以在水下环境得到实际的应用。基于强散射水声超材料的全双工水声通信技术是一个新的技术领域，目前国内外尚未开始这方面的研究工作。强散射水声超材料作为一类人工设计结构可以实现对声传播特性的灵活控制，开发一种基于强散射水声超材料的全双工水声通信系统将为该领域提供一种新的思路，有望提升全双工水声通信系统抑制和抵消干扰信号的性能，为开发新型全双工水下通信技术打开了一扇大门。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，用于提升水声通信系统以及通信网络的高数据传输速率。本发明采用一类水下强散射水声超材料，形成高阻抗隔离声栅，它们能够在水声通信机的本地近场空间内实现声学暗影区，将水声通信机的信号接收端放置在暗影区域内即可实现本地接收端强干扰信号(来自通信机发
射端)的有效抑制。进一步，结合本地干扰滤波算法抵消残余的自干扰信号，进而提升带内全双工水声通信系统的通信性能，该系统可用于频带资源严重受限的通信场景。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，包括上位机、信号发射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器、强散射水声超材料、接收水听器、低噪声放大器、远端发射换能器和功率放大器b，其中上位机、信号发射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器和强散射水声超材料依次连接，所述接收水听器、低噪声放大器和信号发射/采集模块依次连接，所述信号发射/采集模块功率放大器b和远端发射换能器依次连接，所述强散射水声超材料包括一组均匀硬质阵列板及一套等间距格栅板，一组均匀硬质阵列板垂直设置在等间距格栅板的一侧，所述的强散射水声超材料构成了一种高阻抗隔离声栅，强烈的散射效应使得在近端发射换能器近场范围内产生明显阴影区，对近端的强干扰信号具有隔离作用，使得近场自干扰信号强度明显降低，确保了接收水听器可以接收到远端微弱通信信号，对接收信号进一步结合本地干扰滤波算法抵消自干扰信号，由此可显著提升带内全双工水声通信系统的性能。
6.更进一步地，所述等间距格栅板的高度等同均匀硬质阵列板的高度h，栅格厚度等同均匀硬质阵列板的厚度t1，栅格间空气间隙的尺寸等同阵列板空气间隙的尺寸g。
7.更进一步地，所述强散射水声超材料的工作频率范围为高频高速通信频段：50-80khz，均匀硬质阵列板的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙的尺寸g为5mm，均匀硬质阵列板的板数为13，等间距格栅板的栅格数为5，格栅的宽度t2为7mm。
8.更进一步地，所述强散射水声超材料的工作频率范围为45-61khz，均匀硬质阵列板的厚度t1为4.5mm，宽度w为12mm，高度h为130mm，阵列板空气间隙的高度g为7.5mm，均匀硬质阵列板的板数为20，等间距格栅板的栅格数为9，格栅的宽度t2为9mm。
9.更进一步地，所述强散射水声超材料的工作频率范围为25-42khz，均匀硬质阵列板的厚度t1为8mm，宽度w为20mm，高度h为250mm，阵列板空气间隙的高度g为12mm，均匀硬质阵列板的板数为36，等间距格栅板的栅格数为13，栅格的宽度t2为13mm。
10.更进一步地，所述强散射水声超材料的工作频率范围为50-80khz，均匀硬质阵列板的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板间空气间隙的高度g为5mm，均匀硬质阵列板的板数为36，等间距格栅板的栅格数为5，栅格的宽度t2为7mm。
11.更进一步地，在强散射水声超材料所产生的影区内放置水听器阵列接收信号，水听器个数为3～9个，水听器间距为5～10mm。
12.更进一步地，所述强散射水声超材料为金属材质。
13.更进一步地，上位机产生各自携带随机信息的两段频带相同的通信信号，通信信号采用正交频分复用(ofdm)以及正交相移键控(qpsk)子载波映射方式，并包括一段位于数据段前端的线性调频(lfm)同步信号，用于匹配滤波。
14.更进一步地，本地干扰滤波算法是利用接收水听器采集的信号首先通过匹配滤波，对自干扰端的线性调频同步信号进行相关处理，以确定接收信号近端自干扰信号的同步和数据信号位置。然后，根据自干扰端接收的同步信号和原始发射信号来进行本地干扰抑制抵消，由此得到自干扰信号抵消后的信号。最后，对抵消后的信号进行远端通信信号的匹配滤波，由此进行解调解码，采用本地干扰滤波算法抵消残余自干扰信号。
15.与现有技术相比，本发明所述的一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系
统的有益效果包括如下几方面：
16.(1)本发明提出的强散射水声超材料在空间维度上对强自干扰信号进行了隔离，降低了自干扰信号强度，避免远端期望信号淹没在量化噪声中。
17.(2)本发明提出的强散射水声超材料结构紧凑，体积小，重量轻、便于携带与使用，克服了传统声障板的大尺度与大质量，相较于声障板更适合实际应用。
18.(3)本发明提出的一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其中采用的本地干扰滤波算法可以进一步抵消经过强散射水声超材料后的残余自干扰信号，能够显著提升该系统的水下双工通信能力。
19.(4)本发明提出的一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统采用了超材料空间抑制加上算法抵消相结合的方式，有效降低近端自干扰信号的强度，提升了带内全双工水声通信系统对于强自干扰信号的抑制能力，增强了通信系统的整体通信性能，有望应用于频谱带宽严重受限的水下通信应用场景。
附图说明
20.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1为一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统示意图；
22.图2为强散射水声超材料的结构示意图；
23.图3为强散射水声超材料产生声学阴影区实现本地干扰抑制的工作原理示意图；
24.图4为三组均匀硬质阵列板及一块栅格板组合构成的强散射水声超材料结构示意图；
25.图5为强散射水声超材料对于本地干扰抑制效果的仿真与实验对比曲线；
26.图6为用于本地干扰滤波算法的原理示意图；
27.图7为没有远端发射信号时，只有强散射水声超材料(有结构)与强散射水声超材料与本地干扰滤波抵消算法联合抵消近端自干扰信号的实验结果对比；
28.图8为带内全双工水声通信时，没有抵消手段、只有强散射水声超材料隔离、只有本地干扰滤波算法抵消以及强散射水声超材料联合本地干扰滤波算法抵消的实验结果对比。
29.附图中标记说明：1-均匀硬质阵列板，2-阵列板空气间隙，3-等间距格栅板，4-栅格间空气间隙。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
31.本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节，示例性实施例可以用多种不同的形式实施，不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。
32.参见图1-8说明本实施方式，一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，它包括上位机(pc)、信号发射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器、强散射水声超材料、接收水听器、低噪声放大器、远端发射换能器和功率放大器b，其中上位机(pc)、信号发
射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器和强散射水声超材料依次连接，所述接收水听器、低噪声放大器和信号发射/采集模块依次连接，所述信号发射/采集模块功率放大器b和远端发射换能器依次连接，所述强散射水声超材料包括一组均匀硬质阵列板1及一片等间距格栅板3，一组均匀硬质阵列板1垂直设置在等间距格栅板3的一侧，所述的强散射水声超材料构成了一种高阻抗声学隔离结构，该结构对水下声波强烈的散射效应使得在近端发射换能器近场范围内产生理想的声学阴影暗区，对近端强自干扰信号(来近端的发射换能器)具有显著的抑制效果。该强散射水声超材料使得近场自干扰信号强度明显降低，保证接收水听器可以接收到远端微弱的通信信号。将强散射水声超材料与本地干扰滤波算法相结合，能够进一步提升抑制和抵消干扰信号，由此显著增强带内全双工水声通信系统抑制强干扰的能力，提高水下通信性能。
33.所述等间距格栅板3的高度等同均匀硬质阵列板1的高度h，栅格厚度等同均匀硬质阵列板1的厚度t1，栅格间空气间隙4的高度等同阵列板空气间隙2的高度g。
34.所述强散射水声超材料的工作频率范围为50-80khz，该频段满足高频高速水声通信的需求。超材料结构中的均匀硬质阵列板1的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙3的高度g为5mm，均匀硬质阵列板1的板数为13，等间距格栅板3的栅格数为5，格栅的宽度t2为7mm。
35.所述强散射水声超材料的工作频率范围为45-61khz，该频段满足中高频高速水声通信的需求。超材料结构中的均匀硬质阵列板1的厚度t1为4.5mm，宽度w为12mm，高度h为130mm，阵列板空气间隙2的高度g为7.5mm，均匀硬质阵列板1的板数为20，等间距格栅板3的栅格数为9，格栅的宽度t2为9mm。
36.所述强散射水声超材料的工作频率范围为25-42khz，该频段满足中高频高速水声通信的需求。超材料结构中的均匀硬质阵列板1的厚度t1为8mm，宽度w为20mm，高度h为250mm，阵列板空气间隙2的高度g为12mm，均匀硬质阵列板1的板数为36，等间距格栅板3的栅格数为13，栅格的宽度t2为13mm。
37.所述强散射水声超材料的工作频率范围为50-80khz，频段满足高频高速水声通信的需求。超材料结构中的均匀硬质阵列板1的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙2的高度g为5mm，均匀硬质阵列板1的板数为36，等间距格栅板3的栅格数为5，栅格的宽度t2为7mm。
38.强散射水声超材料优化设计采用了三组均匀硬质阵列板及一块栅格板组合，三组均匀硬质阵列板间隔t为3-5mm。在强散射水声超材料所产生的影区内采用接收水听器阵列接收信号，水听器个数为3-9个，水听器间距为5-10mm。
39.强散射水声超材料优化设计结构中的三组均匀硬质阵列板间隙t为3-5mm，工作频率范围为50-80khz，均匀硬质阵列板厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙2的高度g为5mm，均匀阵列板数为13，栅格板上栅格数为5，栅格板宽度t2为7mm，高度等同阵列板h，栅格厚度等同阵列板厚度t1，栅格间空气间隙等同阵列板空气间隙g。
40.所述强散射水声超材料为金属材质，优选为钢。
41.所述的一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，由上位机(pc)产生各自携带随机信息的两段通信信号(频带相同)，通信信号采用正交频分复用(ofdm)制式以及正交相移键控(qpsk)子载波映射，并包括一段位于数据段前端的线性调频(lfm)同步信号，
用于匹配滤波。
42.进一步，本发明采用了本地干扰滤波算法。该信号处理方法中，接收水听器采集的信号首先通过匹配滤波，对自干扰端的线性调频(lfm)同步信号进行相关处理，以确定接收信号中，近端自干扰信号的同步以及数据信号位置。然后，根据自干扰端接收的同步信号段(期望)和原始发射信号(参考)做本地干扰抑制抵消，得到自干扰信号抵消后的信号。最后对抵消后的信号进行远端通信信号的匹配滤波，最后进行解调解码。
43.本发明的目的是为了减小近端强自干扰信号对远端微弱期望通信信号的影响，提高带内全双工水声通信系统对于强自干扰信号的抑制和抵消能力，从而提供一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统。所述的带内全双工水声通信系统采用了超材料空间抑制与算法抵消相结合的方法，对自干扰信号进行有效的抑制和抵消，空间维度上利用强散射水声超材料形成强声学阴影区对强自干扰信号进行抑制，并对接收信号进一步结合本地干扰滤波算法，进而抵消残余自干扰信号，该联合抵消方法与传统方法相比抵消效果得到很大提升。超材料的重要作用是在空间维度上对自干扰信号实现抑制，由此可以降低算法抵消的压力，避免期望信号淹没在量化噪声中，同时该系统抑制自干扰信号能力有了整体提升。所述的带内全双工水声通信系统对开发高速水下通信系统提供了新思路与技术，并在频谱资源严重受限的通信场景下具备重要研究意义与应用价值。
44.如图1所示，上位机产生各自携带随机信息的两段通信信号(频带相同)，通信信号采用正交频分复用(ofdm)制式以及正交相移键控(qpsk)子载波映射，并包括一段位于数据段前端的线性调频(lfm)同步信号，用于匹配滤波。通过信号发射/采集模块的模拟输出端口产生对应的电压信号，经过功率放大器a和b的电压放大，以驱动近端发射换能器和远端发射换能器发射水声通信信号。远端发射换能器发射信号设置一定延时，使远端发射换能器发射信号和近端发射换能器发射信号产生重叠，以此形成近端强自干扰的背景条件。近端发射换能器与接收水听器之间放置强散射水声超材料，以此在空间维度上对强自干扰信号进行隔离和抑制，由此可减弱自干扰信号强度。接收水听器接收经过强散射水声超材料的残余自干扰信号以及远端微弱的期望信号，首先通过匹配滤波，对自干扰端的线性调频(lfm)同步信号进行相关处理，以确定接收信号中，近端自干扰信号的同步以及数据信号位置。进一步，根据自干扰端接收的同步信号段(期望)和原始发射信号(参考)做本地干扰滤波算法抵消，得到自干扰信号抵消后的信号。最后对抵消后的信号进行远端通信信号的匹配滤波，进而在上位机可以显示通信信息，完成带内全双工水声通信。
45.如图2所示，空间维度上采用的强散射水声超材料由均匀等间距硬质阵列板及一块栅格板组成，均匀硬质阵列板1的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙2的高度g为5mm，均匀阵列板数为13，等间距栅格板3上的栅格数为5，栅格板宽度t2为7mm，高度等同均匀硬质阵列板1的高度h，栅格厚度等同均匀硬质阵列板1的厚度t1，栅格间空气间隙4的高度等同阵列板空气间隙2的高度g。所述的空间维度上抵消采用图2所示的强散射水声超材料对强自干扰信号进行隔离。该强散射水声超材料在工作频段范围内会产生明显的隔声阴影区。
46.如图3所示，所述的强散射水声超材料构成了一个高阻抗声学隔离器，由于强烈的散射效应，使其在工作频率范围内产生了明显的隔声效果，形成了一个声学影区，在阴影区内对本地干扰信号的抑制程度最强，将水听器排布在影区内，以此进行近端自干扰信号的
抑制及抵消。将单个接收水听器或接收水听器阵列排列在阴影区内，可以得到较好的近端自干扰信号隔离和抑制效果。利用小面积影区即可完成近端自干扰信号的隔离，有助于结构的小型化及精简加工与节约成本。
47.如图4所示，采用三组均匀硬质阵列板及一块栅格板形成组合高阻抗隔离声栅超材料，可以增大“影区”面积，更便于布设接收水听器阵列接收信号，也可以在使用空间不限制的情况下增加均匀硬质板阵列数量及栅格板程度，进行影区范围的拓宽。
48.如图5所示，所述的强散射水声超材料在50-100khz范围内对于声波隔离效果的实验与仿真对比图。仿真结果显示在69-76khz频带内，超材料隔声效果大于40db，在69khz时最大可达-45db。进一步开展了超材料水下试验，在消声水池中完成强散射水声超材料隔声性能的测试，通过发射50-100khz的扫频信号，采集有超材料隔声接收信号幅值v1和没有超材料时的接收信号幅值v2，计算20*log(v1/v2)进行隔声性能的判断，由此可评估超材料对本地干扰信号的抑制效果。值得一提的是，试验测试结果的隔声频带与仿真结果略有偏移，但整体趋势呈现出较好的隔声和抑制干扰效果。
49.如图6所示，经过强散射水声超材料之后对接收信号进行本地干扰滤波算法。需要说明，所述的本地干扰滤波算法利用了前一时刻的抽头系数求解此时的抽头系数，具体实现步骤如下：
50.(1)算法初始化，起始时刻n＝0时，抽头系数初始值设为w＝[0
ꢀ…ꢀ
0]
t
，初始化自相关逆矩阵p(0)＝c-1
i，c为常数。
[0051]
(2)循环迭代，当迭代时刻n＝1,2,3,
…
,n+1时，n时刻抽头输入向量x(n),计算增益向量k(n)并更新自相关逆矩阵p(n)。k(n)＝p(n-1)x(n)/[λ+xh(n)p(n-1)x(n)]，p(n)＝[p(n-1)-k(n) xh(n)p(n-1)]λ-1
。
[0052]
(3)计算估计误差e(n)：e(n)＝d(n)-wh(n-1)x(n)。
[0053]
(4)更新抽头的权值系数w(n)：w(n)＝w(n-1)+k(n)e*(n)。
[0054]
超材料水下双工通信系统的试验测试结果如图7所示，当没有远端发射信号时，采集无强散射水声超材料接收信号s1、只有强散射水声超材料隔离的接收信号s2以及强散射水声超材料联合本地干扰抵消算法联合抵消的接收信号s3。本发明主要通过能量比值计算抵消自干扰信号能力的强弱：强散射水声超材料抵消能力：强散射超材料与本地干扰滤波算法相结合后的抵消能力：强散射水声超材料对近端自干扰信号的抵消能力可达20.41db，超材料结合算法的抵消能力可高达47.49db。
[0055]
如图8所示，进一步开展了带内全双工水声通信水下试验，通过实验结果发现，没有强散射水声超材料只有本地干扰滤波算法抵时，通信系统的误比特率为23.7381％。相比之下，强散射水声超材料与算法相结合的方法能够显著降低通信系统的误比特率为2.4286％。强散射水声超材料结合算法抵消的方法和只有本地干扰滤波算法抵消相比，通信系统的误比特率大大降低，这说明强散射水声超材料联合干扰滤波算法对于抑制近端自干扰信号十分有效。
[0056]
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改
和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：包括上位机、信号发射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器、强散射水声超材料、接收水听器、低噪声放大器、远端发射换能器和功率放大器b，其中上位机、信号发射/采集模块、功率放大器a、近端发射换能器和强散射水声超材料依次连接，所述接收水听器、低噪声放大器和信号发射/采集模块依次连接，所述信号发射/采集模块功率放大器b和远端发射换能器依次连接，所述强散射水声超材料包括一组均匀硬质阵列板(1)及一片等间距格栅板(3)，一组均匀硬质阵列板(1)垂直设置在等间距格栅板(3)的一侧，所述的强散射水声超材料具有在近场产生声阴影区的功能，对近端强自干扰信号具有抑制和隔离作用。2.根据权利要求1所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：均匀硬质阵列板(1)的厚度t1为2-8mm，宽度w为8-20mm，高度h为100-250mm，阵列板空气间隙(2)的高度g为5-12mm，均匀硬质阵列板(1)的板数为13-36，等间距格栅板(3)的栅格数为5-13，栅格板宽度t2为7-13mm，所述等间距格栅板(3)的高度等同均匀硬质阵列板(1)的高度h，栅格厚度等同均匀硬质阵列板(1)的厚度t1，栅格间空气间隙(4)的高度等同阵列板空气间隙(2)的高度g。3.根据权利要求2所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：所述水声超材料的工作频率范围为50-80khz，满足水下高频高速通信的需求；均匀硬质阵列板(1)的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙(2)的高度g为5mm，均匀硬质阵列板(1)的板数为13，等间距格栅板(3)的栅格数为5，格栅的宽度t2为7mm。4.根据权利要求2所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：所述强散射水声超材料的工作频率范围为45-61khz，满足水下中高频高速通信的需求。其中，超材料中的均匀硬质阵列板(1)的厚度t1为4.5mm，宽度w为12mm，高度h为130mm，阵列板空气间隙(2)的高度g为7.5mm，均匀硬质阵列板(1)的板数为20，等间距格栅板(3)的栅格数为9，格栅的宽度t2为9mm。5.根据权利要求2所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：所述强散射水声超材料的工作频率范围为25-42khz，满足水下中高频高速通信的需求均匀硬质阵列板(1)的厚度t1为8mm，宽度w为20mm，高度h为250mm，阵列板空气间隙(2)的高度g为12mm，均匀硬质阵列板(1)的板数为36，等间距格栅板(3)的栅格数为13，栅格的宽度t2为13mm。6.根据权利要求2所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：所述强散射水声超材料的工作频率范围为50-80khz，均匀硬质阵列板(1)的厚度t1为3mm，宽度w为8mm，高度h为100mm，阵列板空气间隙(2)的高度g为5mm，均匀硬质阵列板(1)的板数为36，等间距格栅板(3)的栅格数为5，栅格的宽度t2为7mm。7.根据权利要求1所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：在水声超材料所产生的影区内采用接收水听器阵列接收信号，水听器个数为3-9个，水听器间距为5-10mm。8.根据权利要求1所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：所述强散射水声超材料为金属材质。9.根据权利要求1所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：由上位机产生各自携带随机信息的两段频带相同的通信信号，通信信号采用正交频分复用
以及正交相移键控子载波映射，并包括一段位于数据段前端的线性调频同步信号，用于匹配滤波。10.根据权利要求1所述的用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，其特征在于：对接收信号进一步使用滤波算法抵消自干扰信号，所述的滤波算法是利用接收水听器采集的信号首先通过匹配滤波，对自干扰端的线性调频同步信号进行相关处理，以确定接收信号的中，近端自干扰信号的同步以及数据信号位置；然后根据自干扰端接收的同步信号段和原始发射信号做本地干扰抑制抵消，得到自干扰信号抵消后的信号，最后对抵消后的信号进行远端通信信号的匹配滤波，进行解调解码，用本地干扰滤波算法抵消残余自干扰信号。

技术总结
本发明提出一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统，属于水下通信技术领域，采用强散射水声超材料-本地干扰抑制算法联合抵消近端强自干扰信号，在空间维度采用强散射水声超材料进行自干扰信号隔离，对于隔离后的接收信号采用本地干扰抑制滤波算法抵消残余自干扰信号。本发明提出的一种用于声呐浮标的双工超材料水下信号传输系统采用了体积小、重量轻的隔声超材料，与本地干扰抑制滤波算法结合，提升了该系统抑制自干扰信号能力，有望应用于频带资源严重受限的通信场景，为搭建新型全双工水声通信系统提供了新的思路与技术。全双工水声通信系统提供了新的思路与技术。全双工水声通信系统提供了新的思路与技术。


技术研发人员：陈永耀 王鑫 李俊杰 张亮 马泽栋
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/11