摘要：舰船通信是保证舰船正常运行的基础，随着无线技术的发展，我国的舰船通信技术也在不断地进步，但仍然存在通信信道控制问题，传统的舰船通信信道控制方法存在较大的信道控制偏差，无法满足目前的舰船通信需求，因此需要基于人工神经网络设计新的舰船通信信道均衡控制方法，首先采集了舰船通信信道控制数据，其次基于人工神经网络构建了舰船通信信道均衡模型，最后设计了舰船通信信道均衡算法，从而实现了舰船通信信道均衡控制，进行实验，结果表明，设计的舰船通信信道均衡控制方法的均衡控制指标较高，证明其控制效果较稳定，具有有效性，有一定的应用价值，可以作为后续舰船通信信道控制的参考。

关键词：人工神经网络;舰船通信;信道均衡控制

一、引言

随着科技的发展，我国的通信技术逐渐成熟，在各个领域都得到了广泛的应用，但由于我国通信技术研发起步较晚，目前海上通信仍然较薄弱，舰船通信是保证舰船正常运行的重要部分，能实现舰船与岸上指挥所进行有效的通信[1]。研究人员结合舰船的通信需求规划了舰船通信要点，即务必要保证舰船通信的实时可靠性，提高舰船通信的保密性[2-4]。目前很多舰船使用短波无线通信作为主要的通信方式，该通信方式能最大限度地降低通信电波损失，提高舰船通信质量，但容易出现信道不均衡问题，导致舰船通信故障[5]。

传统的舰船通信信道控制方式保证通信信道的均衡性，人工神经网络可以构建抽象的输出控制模型，增加控制稳定性，因此本文基于人工神经网络设计了新的舰船通信信道均衡控制方法，为保证后续舰船通信质量作贡献。

二、舰船通信信道均衡控制方法

（一）采集舰船通信信道控制数据

本文设计的方法使用DTH11传感器采集舰船通信控制数据，并将采集的数据使用间隔均衡法间隔开，首先将DRH11传感器与舰船通信采集系统相连[6]，再由DRH11传感器不断地将采集到的控制数据输送到采集系统中，接收到来自传感器的数据信息后，该信号采集系统需要立即使用解码技术进行扩频处理[7]。为了进一步判断异常控制数据的类型，保证提出的有效性，该数据采集系统预先进行了信道假设和信道模拟，从而提取异常数据信息，在约束作用下，采集到的初始数据不断完成多普勒响应，产生了数据划分分界点，满足分界点要求的数据称为有效通信数据，会被数据采集系统保留，进一步用于通信，不满足分界点的数据则会被剔除，避免其对后续通信造成干扰。

处理后的数据首先通过滤波器发送到通信信道中，然后由接收滤波器进行接收，再传输到均衡器中进行均衡处理，完成异常数据的剔除[8]。经过多次分析发现，传播异常数据主要由码间干扰产生，为了进一步提高采集的通信数据质量，需要设置码间干扰抑制序列，将该序列输入到信号滤波器中，可得到初始化数据滤波函数。

为了保证处理后数据的质量，本文还进行了异常数据检测，即经剔除处理后的数据集使用频谱特征提取法进一步检测是否存在异常数据，最大限度地提高舰船通信质量，因此可以绘制异常数据节点分布图，由于异常节点经常会出现休眠端和Sink端，因此可以使用干扰节点完成异常数据过滤。在使用小波变换法将出现异常的通信信道控制数据分解，即可有效地检测出目前数据中存在的状态参数，实现通信信道异常控制数据的剔除。

（二）基于人工神经网络构建舰船通信信道均衡模型

传统的舰船通信信道控制过程中经常受控制稳定性影响，造成通信信道不均衡，因此本文使用人工神经网络，设计了舰船通信信道均衡运算模型，利用各个信道节点的权重关系实现通信信道均衡控制。

研究发现舰船通信信道均衡控制受外界因素的影响很容易出现通信差值，严重限制了控制均衡性，因此在构建舰船通信信道模型前首先需要进行信道均衡计算，基于此，设计的舰船通信信道均衡模型如下（1）所示。

公式（1）中，K代表艦船通信信道数据总量，、均代表舰船运行通信参数，E代表舰船通信频率，在均衡模型使用前，需要选取正确的信道参数，因此可以根据传播通信数据总量进行计算，确定通信信道内质点单元的总数，使用参数比重计算公式完成信道均衡参数的计算。

在模型使用过程中，如果出现了链路拥塞线性，可以使用间隔匹配法对现有的信道均衡控制模型进行优化，修复存在链路拥塞的部分，实现均衡化迭代。在优化初期可以使用定量分析法依次调整舰船通信过程中可能出现的拥塞节点，然后计算信道的吞吐量和实际传输延迟，进一步控制网络拥堵现象。在修复的基础上，还可以设计通信信道均衡控制协议，结合舰船通信信号数量设计数据包转发控制函数，实现舰船通信信道均衡控制，降低控制过程中可能出现的误差，提高控制稳定性。

（三）设计舰船通信信道均衡算法

实现舰船通信信道均衡控制还需要设计舰船通信信道均衡算法，设计的舰船信道均衡算法设计时可以分成几个不同的层次：

第一是数据获取层，该层可以不断获取舰船运行过程中产生的通信数据，并不断进行分类筛选，完成舰船信号的识别及均衡，为了提高数据获取的有效性，该层内部设置了选择均衡模块和参数计算模块，避免出现数据获取偏差导致的数据控制失衡问题，该层使用了Connectivity设计的数据分离系统，保证数据分离效果，提高舰船通信信道的均衡性。

第二层是信号识别层，可以不断将采集到的舰船通信数据输送到分离系统中，并使用相应的控制算法进行计算，该层内部包括了驱动模块和信号识别模块，能保证信道均衡效果。

第三是均衡器选择层，该层可以根据不同的通信状况调节计算机反馈参数，增加网络信道的均衡性，第四层是参数计算层，可以根据舰船通信信道的状态设置反馈参数，完成通信信道的均衡计算，该层可以将上述全部层次结合起来共同实现减产通信信道均衡控制，基于此设计的舰船通信信道均衡算法如下（2）所示。

公式（2）中，A代表信道综合频率，H代表初始相位，k代表载波频段，r代表信道增益。

为了保证该算法的使用有效性，本文搭建了信道均衡控制平台，首先设置了该平台的信道编码，使用计算机进行参数调控，为了进一步保证控制算法的合理性，本文在该平台内还设置了信道估计和参数调整模块，在计算时该平台可以不断识别舰船控制编码，为计算提供有效的参数。

三、实验

为了检验本文设计的舰船通信信道均衡控制方法的控制效果，本文搭建了相关的实验平台，将其与传统的舰船通信信道控制方法进行对比，实验如下。

（一）实验准备

本实验选取Netcon系统作为通信信道控制效果检验系统，该系统主要通过以太网实现信道控制与传输，系统内部使用matlab构建了标准化控制组件，为了增加系统的信道控制效果，该系统还额外添加了ARM+linux作为综合控制执行器，由于该系统在实验过程中需要不断监测现有数据的状态，因此可以在该系统内部添加NetCon控制组件，最大限度地提高系统的测试效果。

为了模拟舰船运行过程中的通信信道状态，本文在实验之前进一步优化了系统的开发流程，提高了系统的真实模拟效果，该系统在工作时的工作特点如下：

第一，该系统主要使用Ethernet通讯方式进行通信，为了进一步实现远程通信控制该系统使用了TCP/IP协议。

第二，该系统内部使用MATLAB+Simulink+RTW进行无缝集成，使用MATLAB进行综合建模，降低了舰船通信信道模拟的难度，为了实现动态化控制，Netcon系统还搭建了MATLAB/Simulink集成框架，便于整个测试模块的及时修改。

构建了标准化测试模型后，可以使用指定的控制组件将现有的模型翻译成动态实时模型，执行标准控制规则，实现控制硬件自动化选择，在测试时仅需要点击鼠标即可完成编码，采集下载实验数据，进行精准的数据分析，结合设计的Netcon系统，选取测试使用的通信信道，参数如下表1所示。

由表1可知，上述通信信道需要使用网络化控制器处理后输入测试系统中，该网络控制器由AT91RM9200处理器组成，内部使用I/O接口，该控制器使用EAB总线与通信信道相连，控制器内部的引脚信号说明如下表2所示。

由表2可知，该控制器能实现RS-232电平转换，并使用MAX232实现串行通信，结合上述通信信道参数及引脚引号，可以设计舰船通信信道控制指标计算式，如下（3）所示。

公式（3）中，d代表初始信道控制参数，f代表实际信道控制速率，h代表信道控制均衡系数，标准的舰船通信信道控制指标数值为1，计算出的舰船通信信道控制指标越接近1则证明控制效果越好，反之则证明控制效果较差。在实际测试过程中可能会受到以太网接口限制出现控制集成问题，此时可以使用AT91RM9200添加MAC控制器，使其支持IEEE802.3 CSMA/CD协议，降低控制集成风险。

（二）实验结果与讨论

在上述实验准备基础上，分别使用本文设计的舰船通信信道均衡控制方法和传统的舰船通信信道控制方法對上述选取的信道进行控制，并使用公式（3）分别计算两种控制方法的控制指标，计算结果如下表3所示。

由表3可知，本文设计的舰船通信信道均衡控制方法计算的控制指标数值与标准数值1较拟合，因此证明本文设计的舰船通信信道均衡控制方法的控制效果较好，具有有效性。

四、结束语

综上所述，舰船通信是保证舰船正常运行的关键，随着无线通信技术的发展，我国大部分舰船均使用短波通信，但在短波通信过程中经常会出现通信信道不均衡问题，传统的舰船通信信道控制方法无法保证通信信道的均衡性，常常产生严重的通信故障，因此本文基于人工神经网络设计了新的舰船通信信道均衡控制方法，进行实验，结果表明，设计的舰船通信信道均衡控制方法的控制指标较高，证明其控制效果较好，具有有效性，有一定的应用价值，可以作为后续舰船通信的参考。

作者单位：申乃军    江苏自动化研究所

参  考  文  献

[1]李玖阳，胡敏，王许煜，等.考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究[J].中国空间科学技术，2021，41（04）：95-101.

[2]宋庆武，徐妍，肖经纬，等.基于高均衡多模协议适配的异构网络通信数据融合方法[J].计算技术与自动化，2020，39（04）：51-56.

[3]李玖阳，胡敏，王许煜，等.考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究[J].中国空间科学技术，2021，41（04）：95-101.

[4]祁兵，刘思放，李彬，等.共享风险链路组与风险均衡的电力通信网路由优化策略[J].电力系统自动化，2020，44（08）：168-175.

[5]曾军，刘雪冰，马庆峰，等.考虑全局风险均衡度的电力通信网最优安全链路选择方法[J].数学的实践与认识，2020，50（03）：203-210.

[6]祁兵，刘思放，李彬，等.共享风险链路组与风险均衡的电力通信网路由优化策略[J].电力系统自动化，2020，44（08）：168-175.

[7]王炳钦，张晓莲，雍兴跃，等.舰船海水管系中紫铜/钢制管道耦接后电偶腐蚀的数值模拟研究[J].中国腐蚀与防护学报，2022，42（02）：200-210.

[8]鞠东豪，李宇，王宇杰，等.基于堆栈稀疏去噪自编码器神经网络的舰船辐射噪声目标识别算法研究[J].振动与冲击，2021，40（24）：50-56+74.