本书围绕声光电多物理场在海洋信息传输中的应用，首先系统介绍水声信道特性、单载波水声通信技术基础、水声信道估计技术、水声信道均衡技术和多普勒参数估计技术，给出仿真和试验验证结果；其次系统阐述海水无线光通信基础理论和关键技术，给出海水无线光通信器件及其特性的理论分析、仿真和试验验证结果，介绍不同场景下的光通信系统；最后对海上无线电波传播特性、海上无线通信系统以及相关通信技术等方面涉及的原理与方法进行系统介绍。

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2003年9月–2007年7月， 哈尔滨工程大学，水声工程，硕博连读， 1999年8月–2003年6月， 哈尔滨工程大学，电子信息工程（水声），学士2021年5月-至今，哈尔滨工程大学，哈尔滨工程大学党委常委、副校长 2019年11月-至今，哈尔滨工程大学，科学技术研究院院长 2016年6月-2019年11月，哈尔滨工程大学，水声工程学院院长，教授、博导；水声工程国家级实验教学中心主任 2014年12月-2016年6月，哈尔滨工程大学，水声工程学院常务副院长，教授、博导 2012年7月-2014年12月，哈尔滨工程大学“211办公室”常务副主任，教授，博导 2008年8月-2012年7月，哈尔滨工程大学团委书记，副教授，硕士生导师 2009年6月-2011年6月，西北工业大学博士后科研流动站，博士后 2006年6月-2008年8月，哈尔滨工程大学水声工程学院硕士毕业留校任教，助教，讲师2021年入选国家杰出青年科学基金项目 2023年获得国家教学成果奖二等奖第十二届全国青联委员，第十三届全国青联常务委员，黑龙江省第十四届人民代表大会代表、常务委员。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 水声通信概述 2
1.1.1 水声通信技术特点 2
1.1.2 水声通信的发展历程与现状 4
1.2 海水无线光通信概述 7
1.2.1 海水无线光通信技术特点 7
1.2.2 海水无线光通信的发展历程与现状 10
1.3 海上无线通信概述 15
1.3.1 海上无线通信技术特点 15
1.3.2 海上无线通信的发展历程与现状 16
1.4 其他水下无线通信方式简介 21
参考文献 21
第2章 水声信道特性 25
2.1 传播衰减及可用带宽 25
2.2 多径信道 27
2.2.1 浅水多径信道 27
2.2.2 深海多径信道 28
2.3 多普勒及起伏效应 29
2.4 强时变特性 31
2.5 环境噪声 32
参考文献 34
第3章 单载波水声通信技术基础 36
3.1 单载波水声通信方案 36
3.1.1 单载波水声通信系统 36
3.1.2 脉冲成形与匹配滤波 37
3.1.3 帧同步 38
3.1.4 信道估计 39
3.1.5 抗干扰信号处理技术 40
3.2 自适应信道均衡技术 40
3.2.1 时域均衡原理 40
3.2.2 均衡器结构 44
3.2.3 自适应算法研究 49
3.2.4 联合数字锁相环的判决反馈均衡器 53
3.2.5 联合时间反转镜的时域均衡器 54
3.3 单载波水声通信技术试验 55
3.3.1 单载波水声通信水池试验 55
3.3.2 单载波水声通信海试 57
参考文献 59
第4章 单载波水声信道估计技术 60
4.1 稀疏贝叶斯学习水声信道估计 60
4.1.1 稀疏贝叶斯学习理论 60
4.1.2 期望最大化算法 62
4.1.3 稀疏贝叶斯学习水声信道估计算法 65
4.1.4 仿真分析 68
4.2 基于置信传播的稀疏贝叶斯学习水声信道估计 69
4.2.1 因子图与置信传播 69
4.2.2 基于置信传播的SBL水声信道估计算法 73
4.2.3 BP-SBL水声信道估计算法 76
4.3 基于广义近似消息传递的稀疏贝叶斯学习水声信道估计 77
4.3.1 广义近似消息传递算法 78
4.3.2 基于GAMP的SBL水声信道估计算法 82
4.3.3 仿真分析 83
4.4 算法试验验证 85
参考文献 87
第5章 单载波Turbo迭代均衡技术 88
5.1 基于自适应的Turbo均衡技术 88
5.1.1 Turbo码原理 88
5.1.2 基于稀疏约束的自适应均衡算法 91
5.1.3 Turbo通信系统 92
5.1.4 算法试验验证 97
5.2 基于信道估计的Turbo均衡技术 101
5.2.1 基于LMMSE的Turbo均衡算法 102
5.2.2 基于VAMP的Turbo均衡算法 103
5.2.3 性能仿真 108
5.2.4 算法试验验证 108
参考文献 112
第6章 单载波水声通信多普勒参数估计技术 114
6.1 移动水声通信中的多普勒问题 114
6.2 基于模糊函数的时延-多普勒参数估计方法 116
6.2.1 模糊函数的基本概念 116
6.2.2 基于模糊函数的时延-多普勒参数估计方法概述 117
6.2.3 基于模糊函数的时延-多普勒参数估计精度 119
6.2.4 基于模糊函数的时延-多普勒参数估计仿真 121
6.3 基于分数阶Fourier变换的时延-多普勒参数估计方法 122
6.3.1 分数阶Fourier变换原理及性质 123
6.3.2 FRFT估计信道参数原理 125
6.3.3 信道参数估计仿真 126
6.3.4 FRFT在移动水声通信同步检测中的应用 128
6.3.5 试验验证 131
参考文献 133
第7章 海水无线光通信技术理论 134
7.1 海水无线光通信技术概述 134
7.2 海水无线光通信系统应用平台 135
7.2.1 无人潜航器 135
7.2.2 海底接收盒 136
7.2.3 海底观测网 137
7.2.4 深海空间站 137
7.3 应用平台对通信系统性能影响 139
7.3.1 工作模式约束条件分析 139
7.3.2 位移姿态误差约束分析 141
7.3.3 角度姿态误差约束分析 142
7.4 海水信道无线光传输特性 142
7.4.1 海水光学特征参量 143
7.4.2 海水吸收效应分析 145
7.4.3 海水散射效应分析 146
7.4.4 海水衰减效应分析 147
7.4.5 海水信道光功率衰减数值仿真 149
7.5 海水信道传输延时和波形展宽特性 151
7.5.1 传输延时数值模拟方法 151
7.5.2 波形展宽的数学建模方法 155
7.5.3 传输距离对传输延时的影响 157
7.5.4 信道水质对传输延时的影响 159
7.5.5 光源初始脉宽对传输延时的影响 160
7.5.6 发射束散角对传输延时的影响 161
7.6 海洋环境特性分析 162
7.6.1 海洋背景噪卢分析 162
7.6.2 海水无线光通信系统对海洋环境的自适应性分析 163
参考文献 164
第8章 海水无线光通信关键技术 166
8.1 海水无线光通信关键技术参数 166
8.1.1 传输距离 166
8.1.2 通信误码率 166
8.1.3 传输速率 167
8.1.4 光谱响应度 168
8.2 海水无线光通信调制技术 168
8.2.1 通断键控调制 168
8.2.2 脉冲位置调制 169
8.2.3 脉冲幅度调制 171
8.3 海水无线光通信收发技术 172
8.3.1 半导体光放大技术 172
8.3.2 光电探测器特性分析 172
8.3.3 视场拼接发射技术 173
8.3.4 视场分集接收技术 174
8.4 海水无线光动态通信技术 174
8.4.1 海水无线光动态通信技术内涵 174
8.4.2 通信链路失准评估机制数值建模 175
8.4.3 全光捕获技术概述与补偿方法 177
参考文献 178
第9章 海水无线光通信器件及其特性 180
9.1 海水无线光通信光源 180
9.1.1 通信光源设计原则 180
9.1.2 通信光源工作特性 181
9.1.3 通信光源种类 183
9.2 海水无线光通信光学器件 184
9.3 海水无线光通信光电探测器件 185
9.3.1 海水无线光通信接收单元 185
9.3.2 光电探测器类型 185
9.3.3 光电探测器性能 187
9.4 海水无线光动态通信器件 189
9.4.1 跟瞄器件分析 189
9.4.2 伺服转台结构 189
参考文献 190
第10章 海水无线光通信系统与设计 192
10.1 海水无线光近距离通信系统 192
10.1.1 近距离通信系统总体设计原则 192
10.1.2 近距离通信系统光功率链路分析 192
10.1.3 近距离通信系统组成及性能测试 195
10.1.4 近距离通信系统性能测试与数据分析 228
10.2 海水无线光远距离通信系统 232
10.2.1 远距离通信系统总体设计原则 232
10.2.2 远距离通信系统光功率链路分析 232
10.2.3 远距离通信系统组成及性能测试 236
10.2.4 远距离通信系统性能测试与数据分析 253
10.3 海水无线声-光联合通信系统 257
10.3.1 声-光联合通信模式切换技术 258
10.3.2 声-光联合通信系统集成及工程化技术 258
10.3.3 声-光联合通信系统总体设计 258
10.3.4 声-光联合通信系统单元分系统设计 259
10.3.5 声-光联合通信系统搭建 267
10.3.6 声-光联合通信系统性能测试与数据分析 272
10.4 海水无线光级联通信系统 276
10.4.1 级联通信系统总体方案设计 276
10.4.2 级联通信分系统设计与器件选型 278
10.4.3 级联通信系统轻小型工程化设计 296
参考文献 303
第11章 海上无线电波传播 305
11.1 海上无线电应用概述 306
11.2 海上无线电波传播机制与模型 308
11.2.1 电波透射机制与模型 308
11.2.2 电波反射机制与模型 311
11.2.3 电波绕射机制与模型 314
11.2.4 电波散射机制与模型 317
11.3 海上无线电波传播影响因素及特性 319
11.3.1 大尺度衰落 320
11.3.2 小尺度衰落 325
11.3.3 噪声及干扰 326
参考文献 332
第12章 海上无线通信系统 334
12.1 甚高频通信系统 334
12.1.1 概述 334
12.1.2 海上VHF发射机 335
12.1.3 海上VHF接收机 336
12.2 中高频通信系统 337
12.2.1 概述 337
12.2.2 MF/HF传输特性 338
12.2.3 海上MF/HF通信系统 339
12.3 卫星通信与导航系统 341
12.3.1 概述 341
12.3.2 卫星通信系统及其技术体制 342
12.3.3 海上卫星通信系统 347
12.3.4 卫星导航系统 349
12.4 海上无线通信网络 351
12.4.1 概述 351
12.4.2 海上移动Ad Hoc网络 351
12.4.3 海上无线Mesh网络 354
参考文献 358
第13章 软件无线电技术 359
13.1 软件无线电基础 359
13.1.1 软件无线电基本原理 359
13.1.2 软件通信体系结构 362
13.1.3 SDR在海上通信系统中的优势和适用性 366
13.2 SDR信号处理架构和开发流程 367
13.2.1 基于FPGA的SDR系统架构 367
13.2.2 混合和多FPGA架构 370
13.2.3 多通道SDR系统架构 373
13.2.4 SDR系统开发框架和流程 376
13.3 应用和未来发展趋势 378
13.3.1 SDR在海上通信中的应用 378
13.3.2 SDR在海上通信中的发展趋势 380
参考文献 380
第14章 极低频电磁波海洋跨域通信技术 381
14.1 极低频电磁波海上传播机理 381
14.1.1 地-电离层波导参数计算 382
14.1.2 地-电离层波导场强计算 385
14.2 极低频电磁波在海水中的传播机理 388
14.2.1 极低频电磁波在海水中的穿透特性 388
14.2.2 极低频电磁波在海水中的衰减计算 389
14.3 极低频电磁波通信干扰分析与系统构成 391
14.3.1 极低频电磁波通信干扰分析 391
14.3.2 极低频电磁波跨域通信系统 395
14.4 极低频电磁波跨域通信技术发展 398
参考文献 399