水声功率放大器在仿生水声通信中的应用
【概述】
2025年厦门大学研究团队发布论文《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水声功率放大器，搭建仿生水声通信系统。在本文中，提出了一种基于海豚点击和相位旋转调制（Click PRM）的高速BCUAC方法，通过点击的相位变化传输信息。理论分析和实验验证均证实了该方法的伪装效果。利用ClickPRM，我们实现了两个UIoT节点在浅水区域之间的实时图像传输，通信距离为405米，传输速率为11.22Kb/s，证明了其通信性能比现有的BCUAC方法高一个数量级。此外，这项技术提供了灵活的迷彩载体切换，为各种UIoT场景中的安全数据传输提供了可行的解决方案。
实验名称：功率放大器在仿生水声通信中的应用
研究方向：仿生隐蔽水声通信
实验内容：使用海豚声信号作为信息载体，通过功率放大器驱动换能器实现水下数据的隐蔽传输。
测试设备：ATA-L8水声功率放大器，NIUSB-6356采集卡，WCCT614换能器，水听器等。
实验过程：
图1：实验测试系统图
在发射端，使用一台PC通过MATLAB脚本生成仿生通信信号。随后，LabVIEW软件控制DAC将离散信号转换为模拟信号，并传送至ATA-L8功率放大器。通过调节放大器增益，确保换能器达到足够的声源级水平。最后由换能器将电信号转换为声信号在水中传播。在接收端，我们采用水听器探测水中的声信号并将其转换为电信号。LabVIEW软件控制ADC将这些电信号转换为离散信号，随后传输至PC。最后，利用MATLAB脚本对信号进行解调并呈现实验结果。
实验结果：
图：实验结果
如图3所示，未经相位补偿的星座图因严重多径干扰呈现高度分散状态，误码率在15%至40%之间波动，导致数据几乎完全失真。相比之下，经过均衡处理的星座图呈现出更清晰的聚类特征，多径效应引起的相位旋转得到有效补偿，在多数情况下实现了无差错传输。如图4所示，我们首次使用仿生通信在浅海环境中实现了水下图片的实时传输，通信速率高达21.72kbit/s，高于现有水平2个数量级。从接收信号的时域波形和时频分布中可观察到一定程度的噪声和明显的拖尾现象，这主要是由信道的多径效应引起的。这一特征在相位补偿前的星座图中同样得以体现。通过计算接收训练符号与本地无噪声训练符号之间的相位差，我们对星座点进行反向旋转处理，使其更接近标准映射位置。尽管解调后仍存在少量误码，但这些误差并未对图像传输的整体质量产生显著影响。
安泰放大器在此应用中的产品优势：
1.高输出功率与高声源级——实现远距离可靠水下传输的核心保障
2.高线性度与低失真——精确复现海豚声信号的仿生特征
3.宽频带覆盖与平坦响应——适配声信号的宽频特性
【推荐产品】：ATA-L系列水声功率放大器
图：ATA-L系列水声功率放大器指标参数
本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。
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