【学术论文】探测通信一体化波形研究进展和声呐应用展望

电子信息系统的快速发展使得各式平台搭载的电子设备种类和数量不断增加，保障了其在复杂战场环境下的生存能力和作战性能。探测和通信是实现目标探测、跟踪、识别和平台间信息交互的关键技术。通常情况下，平台需同时搭载探测和通信多种设备，这不仅对载荷空间和能源供给提出了严格要求，而且带来了平台隐蔽性和电磁兼容性能下降的问题；另一方面，各个载荷独立设计，导致载荷间存在严重的互扰，使得时间和频谱资源难以被共享和复用。因此，迫切需要对传统功能叠加式的探测和通信系统进行集成设计，发展综合性能更强、工作效率更高的一体化系统。探测通信一体化（Integrated Detection and Communication，IDC）技术通过共享硬件及软件平台可有效克服分立系统存在的缺点，并且探测和通信的集成设计有助于二者功能上相互促进，显著提升系统综合性能。与雷达通信一体化技术的快速发展不同，水声探测通信一体化技术受限于水声信道复杂的时空频变特性、有限的可用带宽、严重的多径和多普勒干扰以及硬件设备等因素影响而进展缓慢。然而，水声探测通信一体化技术不仅可以显著提高海洋装备的工作效率和设备利用率，缓解水下时、频资源紧张，而且对增强平台信息感知和协同作业能力具有重大意义，因此该技术在水下具有十分广阔的应用前景。

探测和通信设备是陆/海/空基平台进行环境感知与信息交互的重要保障，基于硬件和软件系统相似性设计探测通信一体化系统可有效减小平台体积，避免多系统相互干扰，提高资源利用率和信息获取效率，因此近年来受到了高度关注和广泛研究。本文首先概述了探测通信一体化技术的发展概况和工作体制，其中全共享体制是通过共享波形实现的，是真正意义上最高程度地实现一体化功能，能够从根本上避免系统间的互干扰。

在全共享体制下，通过共享发射机和信号处理单元可实现硬件集成，此时性能优异的一体化波形成为实现探测和通信高效集成的关键因素之一。本文重点对全共享体制下一体化波形设计的研究现状进行综述，分别面向单输入多输出和多输入多输出的一体化系统进行波形设计方法及信号处理技术的归纳和总结，并给出不同方法的适用场景和优缺点分析。

此外，针对海洋信息领域对水声探测通信一体化技术的迫切需求，借鉴雷达通信一体化领域的研究思路，从理论基础、系统原理及系统组成等方面分析了探测和通信声呐系统集成的可行性，阐明了其相比于传统分立式声呐系统的优势。

最后，以自主潜航器集群协作感知和水面-水下编队作战等场景为例，对水声探测通信一体化的应用前景进行了展望，并分析了面临的困难和挑战。本文可以为声呐系统的集成化、多功能化发展提供新思路。

门伟：清华大学电子工程系博士后、助理研究员，博士，主要研究方向为水声通信、水声探测通信一体化等。

张亮：哈尔滨工程大学水声工程学院教授，博士，研究方向为阵列处理、鲁棒波束形成和应用于雷达和声纳中的数值优化。

杜军：清华大学电子工程系副研究员，博士，研究方向为异构网络和天基信息网络的通信、组网、资源分配和系统安全问题。

殷宏宇：哈尔滨工程大学水声工程学院博士研究生，研究方向为水声通信和水声探测通信一体化。

任勇：清华大学电子工程系教授，博士，研究方向为复杂系统理论及其在互联网、物联网和认知网络、信息物理系统优化中的应用。

殷敬伟：哈尔滨工程大学水声工程学院教授，博士，研究方向为水声工程、水声通信和极地声学。