基于FFH/MFSK的深海远程水声通信技术

为实现深海远程水下通信,提出了一种FFH（Fast Frequency Hopping）/MFSK（快跳频/多频移键控）通信方案。该方案利用快跳频技术对已调MFSK信号进行二次调制,借助频率分集,可有效地抑制远程水声信道因多途传播而引起的频率选择性衰落,从而更好地实现远程低信噪比条件下可靠通信。同时采用深海声道作为通信系统水声波导,将通信节点置于声道轴以大幅提高通信距离。仿真及湖试结果证明了所提方案的良好性能。     

浅海远程水声Turbo编码跳频通信研究

结合Turbo编码和水声跳频通信技术,基于数字信号处理(DSP)成功地研制出了一种高效的抗多途、抗噪声浅海远程水声通信系统.该系统针对浅海远程水声信道的低信噪比、强多途及快速时变衰落特点,采用一种联合有限脉冲响应(FIR)数字窄带滤波和线性调频信号互相关检测的快速、精确的帧同步方法;利用快速频谱分析进行解调,使用复杂度...     

水下航行器远程水声通讯技术研究

在传统的MFSK、MPSK通信技术基础上,提出了基于MFSK-MPSK交互调制的远程水声通信新方法,建立了远程水声通信的信道模型,研究了MFSK-MPSK交互调制解调的原理,采用基于RLS算法的自适应信道均衡技术对80km不同SNR下的误比特率进行了仿真实验,并与2FSK下的80km海上通信试验结果进行对比分析,取得了远程水声通信有参考价值的结论.     

水声通信系统性能评估方法研究

水声通信系统性能主要受水声信道和通信体制影响,通常采取海洋水声试验的手段进行性能测试,但这需要进行多次不同信道条件下的试验才能得出正确的评估结论,难度较大且成本较高。因此,建立准确的水声通信系统性能评估模型和评估方法,对于通信系统设计及性能预测显得尤为重要。从水声信道模型开始分析,结合水声通信特点,讨论了典型水声通信接收机结构,提出了一种通用水声通信系统性能评估模型和方法,并针对采用QPSK调制的通信系统性能进行了评估,结果与海试数据较为接近。     

时频编码在水声通信中的应用

研究了一种采用脉冲时延差和多频码元组合编码的水声通信技术。该技术利用多个频率分不同时隙去填充一个CW脉冲组成mbits的码元,用码元之间的时延值再携带nbits的信息,在接收端采用时延估计和频率检测技术进行解码,使得在保持较高通信速率的前提下,将码元间距扩展到足够宽,有效地克服了由于水声多途效应产生的码间干扰,减小了频带占用率,提高了通信可靠性。海试表明,采用TD-MFM技术数据传输速率较高,系统易于实现且稳健性较好。与FSK通信方式相比,其功耗大约减少75%,且误码率低,约为10-3-10-5。但该方案若有一个码元的时延测量错误,会导致后继一个码元也出错,因此,其纠错技术较复杂,相关研究正在进行中。     

基于OFDM编码的水声通信差分解码技术

正交频分复用（OFDM）具有良好的抗频率选择性衰落性能,抗多径和脉冲噪声能力强,同时具有在高效带宽利用率情况下的高速传输能力以及简单的实现方法。OFDM在应用中也存在一些问题,例如对频率偏移和相位噪声敏感等。研究了基于正交频分复用编码的水声通信差分解码技术。所提出的差分解码方案通过测量相邻OFDM信号的相位差进行解码,从而降低了信道时变特性对水声通信系统的影响,特别是相位误差的累积效应。湖上试验数据差分解码的结果显示了所提方案的有效性,极大地降低了通信系统的误码率。     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。     

基于混沌正交组合序列的M元码分多址水声通信

提出了M元能量检测器算法,该算法简单易实现,极大优化了M元码分多址系统接收机结构和解码运算量。同时,M元能量检测器具有抗载波相位跳变和抗水声信道多途干扰的能力。针对M元码分多址水声通信系统中所需扩频序列数量庞大、选码难度高的问题,提出了混沌正交组合序列,通过简单的迭代组合即可产生大量满足要求的扩频序列,而且同族的混沌正交组合序列间满足正交关系。海试试验成功实现了7个用户的M元码分多址水声通信试验(M=512),共采用了3 584条混沌正交组合序列,每个用户通信速率为70 bit.s-1,验证了算法的有效性,为网络化水声通信的应用提供了技术基础。     

基于Pattern时延差编码体制的4信道水声通信

采用Pattern时延差编码(PDS)通信体制,研究了4通信信道水声通信技术。通信系统利用信息码元的时延差值进行时延编码,采用码元的多种不同波形(Pattern)来进行码元分割,另外还采用频率分割来划分通信信道。其优点是可有效对抗水声多途干扰并实现高速通信,通信速率达到1200bit/s。提出依据最小均方误差准则,利用波形相似性来联合估计两个信道的时延差值。通过大量海洋信道仿真实验,验证了PDS体制具有高通信速率和高可靠性。     

无线电遥控水声监测浮标

在传统的长基水声定位技术基础上,设计了一套集水声定位监测、无线电通信和水声遥控功能于一体的无线电遥控水声监测浮标系统,利用合作信标方式和询问应答方式对水下目标的三维运动轨迹进行测量,无线电通信和水声遥控功能相结合能实现对海底潜标的远程控制。系统设计中采用了一系列消除干扰、降低功耗的措施,提高了定位精度,延长了系统的工作时间。经水声拉距试验,到达7.8km处时,应答信号的时延值仍稳定;水声遥控指令在5.5km处时稳定可靠。在无线电拉距试验过程中,相距12km处通信质量良好。解算出的定位轨迹与目标船上的GPS轨迹基本一致,定位精度在5m左右。上述海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。     

深水通讯节点中基于脉冲采样的高能效SPWM发生系统设计

近年来,深水探测中水下通讯节点的小型化、低功耗成为设计的难点。在水声通信中,普遍使用正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)信号驱动功率放大器进行工作。传统SPWM产生系统电路复杂度高,针对SPWM生成原理和电路实现,提出基于脉冲采样的SPWM生成方法,并进行性能分析;基于数字处理器设计了高能效SPWM发生系统,在保证SPWM信息损失较小的同时,减小硬件电路面积。实验结果表明,提出的高能效脉冲采样法与SPWM发生系统可以满足工程应用。     

码率兼容QC-LDPC码在水声通信中的应用

针对水声信道复杂多变、强多途和大起伏干扰等特点,提出采用码率兼容QC-LDPC码的自适应信道编码技术,以提高水声数据传输的可靠性和水声信道的信道吞吐率。建立了码率兼容QC-LDPC码在水声信道中的仿真模型,构造码率为1/2、2/3…5/6等一系列QC-LDPC码,在三种典型的水声信道中对其性能进行仿真。结果表明所设计的码率兼容QC-LDPC码在三种不同信道下可行有效,能较大地提高水声通信系统的性能。由于信道时延越长、信噪比越低,满足通信指标的码率就越低;并给出码率兼容QC-LDPC码在浅海水声信道中不同信噪比下满足通信性能指标的编码码率的查找表。码率兼容QC-LDPC码提高了水声通信的信道利用率,具有灵活的编译码性能,在水声自适应通信中具有很好的应用前景。     

多频海底声学原位测试系统在海水中的声源响应及子波分析

多频海底声学原位测试系统是国家海洋局第二海洋研究所自行研制的海底声学原位测试系统。利用声源换能器的等效电路,分析了声源换能器输入终端输入脉冲与输出接收脉冲之间的关系。将系统的低频声源等效为一定半径的球形声源,确定了系统在15kHz时在试验海域海水中的声源换能器的角频率响应和输出回路品质因子。计算了系统理论接收脉冲,结果表明输出接收脉冲并非输入脉冲的简单复制。并与实测接收脉冲进行了比对,理论接受脉冲与实测脉冲在细节上达到了很好的匹配,说明本文确定的各响应参数很好的代表了本系统在海水中的声源响应。     

水下等离子体声源脉冲放电光谱测量与分析

本文采用HR4000CG-UV-NIR光纤光谱仪和NI-PCB压力传感器测量了水下等离子体声源脉冲放电光谱和强声波的压力幅值,分析了声与光之间的能量转换关系,并重点观察了不同放电参数对光谱特征的影响。实验结果表明,等离子体声源脉冲放电光谱为连续谱,能量主要集中在500 nm左右的谱段;放电产生的光能量和声波能量相互竞争,具有此消彼长的关系;提高放电电压,减小电极间隙距离可以提高光的辐射强度和半峰值谱宽度;增大电极间隙距离,将使发光能量向远紫外区移动;更换电极材料将明显改变光的谱分布和强度变化。     

声辐射模态理论及应用研究综述

文章对声辐射模态技术研究相关进展进行了综述。介绍了声辐射模态理论从创立以来的研究成果及其在结构声有源控制、噪声源识别和声场重建等方面应用研究情况。对当前制约声辐射模态技术应用的关键问题进行了简单分析,并对其进一步发展提出了展望。     

极化码在OFDM水声通信中的应用研究

极化码(Polar code)因其高可靠性、实用的线性编、译码复杂度和理论上唯一可达香农极限等特点,成为信道编码领域新的研究热点.其编、译码方法的研究扩展至多种信道类型和应用领域,但在水声信道中的理论证明和应用研究相对较少且滞后.针对具有显著多途、多普勒扩散和有限带宽等复杂特性的水声信道,文章提出了与之相匹配的极化码信...     

纠错编码在遥控起爆器中的应用

介绍了通信信道的差错类型、差错控制原理、控制方式,并以遥控起爆器为例设计了一种8位变形汉明码纠错编码,对提高遥控起爆的成功率,降低误码率具有较大的实用价值。     

Pattern时延差编码水声通信抗多普勒的差分解码研究

研究了 Pattern时延差编码（Pattern Time Delay Shift Coding,PTDS）水声通信的差分解码技术。在移动水声通信中,多普勒频偏会对信号产生时间上的压缩或展宽。差分解码通过测量相邻Pattern的时间差进行时延估计完成译码,克服了多普勒频偏在时间上的累加效应,具有更强的抵抗多普勒能力,为移动水声通信技术的研究打下了基础。仿真实验证明所提出的解码方案简单易行、性能优良。