基于窄带包络相关的舰船航行状态估计研究

以窄带包络相关理论为基础,通过计算不同时刻舰船噪声信号的平均窄带包络相关系数来衡量舰船辐射噪声的非均匀调制特性,进而对舰船的航行状态做出估计。计算结果表明,通过平均窄带包络相关系数能较好的估计舰船的航行状态,并能为后续包络谱提取中窄带选择提供依据。     

利用射线模型快速预报海洋信道对包络谱的影响

包络谱是舰船辐射噪声的特征之一,可作为目标识别的重要依据。快速预报海洋信道对包络谱传播的影响,可对目标识别提供帮助。提出并从理论上分析了用射线模型快速预报海洋信道对包络谱影响的方法,利用这种方法计算了几种典型海洋信道中包络谱随接收距离的变化,分析了声速剖面、海底参数、声源和接收深度对包络谱传播的影响。     

基于小波包和1(1/2)维谱的舰船辐射噪声频域特征提取及融合

舰船辐射噪声频域特征提取是舰船目标识别的关键技术之一。为提高舰船目标识别率 ,采用小波包和 112维谱对舰船辐射噪声进行多小波包空间调制谱和噪声谱特征提取及融合研究。并用提取的特征对五类舰船目标辐射噪声进行了分类识别实验 ,结果表明所提特征具有很好的分类识别效果     

基于小波包和1(1/2)维谱的舰船辐射噪声频域特征提取及融合

舰船辐射噪声频域特征提取是舰船目标识别的关键技术之一。为提高舰船目标识别率，采用小波包和1 1/2维谱对舰船辐射噪声进行多小波包空间调制谱和噪声谱特征提取及融合研究。并用提取的特征对五类舰船目标辐射噪声进行了分类识别实验，结果表明所提特征具有很好的分类识别效果。     

基于VMD和窄带包络相关的船舶辐射噪声改进DEMON分析

船舶辐射噪声的包络谱中蕴含着轴频和桨叶数等船舶固有特征信息,对船舶目标识别具有重要意义。为了提高船舶辐射噪声包络谱解调性能,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和窄带包络相关的改进DEMON分析方法。首先利用VMD算法代替传统带通滤波器,将船舶辐射噪声信号分解为若干个子带;然后对各子带进行希尔伯特(Hilbert)检波并计算平均窄带包络相关系数,用于衡量信号的包络调制在频域上的非均匀性;最后提取各子带信号包络谱并按照平均窄带包络相关系数进行加权融合,从而得出宽带噪声信号的包络谱。利用该方法对实测不同类型和不同航速船舶辐射噪声信号进行了处理,结果均表明所提方法能有效提高包络谱解调效果,较传统方法更为有效。     

基于自相关特征的舰船大小识别方法

基于自相关处理方法,提出了一种利用舰船辐射噪声自相关曲线特征值对舰船大小进行识别的方法,并利用BP神经网络对两类海上实测舰船目标噪声信号进行了识别。实验结果表明,利用该方法对舰船目标大小具有较好的识别效果。该法与其他识别方法相比,在保证较高分类识别率的前提下,特征量提取方法简单,特征量维数少,运算量较低,更便于工程实现。     

浅海多途效应对解调谱的影响分析研究

解调谱是反映目标螺旋桨信息的重要特征,理论分析了浅海多途效应对目标解调谱特征的影响,利用简正波理论对浅海声信道建模,仿真分析了不同海洋环境参数及不同调制频率下多途效应对目标解调谱调制深度的影响。     

HHT与神经网络在舰船目标特征提取中的应用

目标识别一直是水声领域的关键技术之一。将高阶累积量用于希尔伯特变换特征提取中,通过对舰船目标辐射噪声信号进行采集,得到舰船目标噪声信号,进而提取目标辐射信号各阶模态的相邻平均瞬时频率比、相对标准差、中心频率、平均强度、高阶矩和高阶累积量等作为特征,最终利用BP神经网络来实现对两类舰船目标的分类识别。通过对实际舰船目标噪声进行识别,验证了该舰船目标识别系统具有较好的识别效果。     

舰船噪声听觉特征增强方法

为改善新声呐兵听音训练效果,强化噪声样本中与目标属性紧密相关的听觉特征,将处理后的舰船噪声用于听音训练,提高舰船噪声样本利用率。提出的舰船噪声听觉特征增强模型及其实现方法主要包括四个步骤:噪声分解、子带分析、子带加权、噪声重建。首先采用多分辨分解将舰船噪声信号划分为若干子带,对子带进行逐个地听音分析和各种谱分析,选择特征信息稳定且丰富的子带进行强化,选取并微调各子带加权系数,采用多分辨分析理论重建舰船噪声,并根据重建噪声的功率谱、包络谱分析和听音分析结果调整加权系数,进而用于听音训练。仿真分析中,采用听音分析和谱分析比对原始噪声和重建噪声,验证了该方法的合理性和实用价值。     

舰船辐射噪声广义多尺度数学形态学特征提取与应用研究

为稳定提取复杂水声环境下舰船辐射噪声的有效特征,在数学形态学方法的基础上提出一种广义多尺度数学形态腐蚀谱熵(generalized multiscale pattern erosion spectrum entropy, GMPESE)的舰船辐射噪声非线性特征提取方法。通过对千岛湖及东海实测舰船辐射噪声处理,验证了不同环境下该特征提取方法的可行性,分析了相关参数选取对特征区分度的影响,并比较了该特征提取方法与多尺度熵(multiscale sample entropy, MSE)特征的识别性能。数据处理结果表明,综合比较运算耗时、提取稳定的特征所需信号时长及复杂环境下目标识别准确率,GMPESE特征提取方法具有更大的优势。     

OFDM水声通信线性最小均方误差算法信道均衡

正交频分复用在高速水声通信中的应用越来越广泛.水声信道是多径、高噪声的衰落信道.由于信道条件差,容易产生码间干扰,信道均衡技术是提高通信系统性能的重要技术.提出了线性最小均方估计在水声通信系统中应用的方案,研究了实际通信中利用调频信号如何确定信号的平均多径时延、最大多径时延,比较了不同调频信号测量信道的性能.该方案基于导频辅助均衡方法,利用调频信号测量信道,获得的信道统计信息,计算信道的自相关矩阵.从而根据线性最小均方误差算法进行信道均衡.通过仿真和湖试进行验证,结果表明该方案效果较好,对系统性能改善比较明显.     

水声通信与水声网络的发展与应用

水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一,其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征,使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求,面临极大的技术挑战。介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状,分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,包括调制、解调技术和信号检测技术;介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。最后简要介绍美国Teledyne Benthos公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。     

一种改进LS信道估计算法在稀疏多径水声信道中的应用

为了消除水声正交频分复用调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统中噪声对稀疏多径信道估计的影响,提出了一种改进的最小二乘(Least-Square,LS)信道估计算法。该方法在传统基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)插值的信道估计结构上进行了改进,得到了基于阈值探测的DFT插值信道估计方法,该方法将小于阈值的时域信道响应置零,探测最有效信道抽头,有效消除噪声干扰的影响。仿真结果验证了DFT插值在稀疏多径水声信道估计中的实用性;得到了当循环前缀长度与信道长度越接近时信道估计性能(Bit Error Rate,BER)越好的结论;确定了在两种调制方式下算法的阈值系数范围;且该新算法与已有算法所需的信噪比可低约2 d B,解决了用循环前缀长度来近似信道真实长度的实际问题。     

STBC-OFDM技术在水声通信中的试验研究

空时分组编码（Space Time Block Coding,STBC）技术能够获得满发射分集增益并且译码简单,而正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术可对抗水声信道中的多径干扰和实现较高的频谱利用率。设计了将空时分组编码与正交频分复用相结合（STBC-OFDM）的高速水声通信系统方案,并进行了湖上试验研究。湖试中,在1200m距离下,带宽为4.32kHz时有效传输速率为3.328kbps,误比特率低于10-5。湖试结果表明,STBC-OFDM技术在高速水声通信中的应用潜力。     

蛙人水下语音通信技术研究现状和展望

蛙人水下语音通信机是蛙人进行水下行动和作业必不可少的装备,在军事和民用等领域受到越来越多的关注。首先介绍了国内外蛙人水下语音通信机产品和技术的研究现状和成果,然后对蛙人水下语音通信机领域发展面临的关键问题进行了详细讨论。指出了越来越多的基于数字信号处理技术的调制解调技术被运用到蛙人水下语音通信领域中,可有效降低水下蛙人语音使用中多途效应和海洋环境噪声等干扰因素,提高通话质量,并已成为主要的研究方向;在结构方面,蛙人水下语音通信机由分体式、大体积向模块化、小型化、低功耗和一体式转变,这也成为未来发展的趋势。     

Unified method for bit error rate calculation of time-hopping and direct-sequence ultrawide band systems in the presence of multiple user interference and narrow-band interference

Time-hopping ultra wideband (TH-UWB) and direct-sequence ultra wideband (DS-UWB) systems are among the standards proposed for UWB communications scenarios. A general unified mathematical approach has been proposed for calculating the bit error rate (BER) for both TH-UWB and DS-UWB systems in the presence of multiple-user interference and a strong narrow-band interference in a multi-path scenario. Unlike many other mathematical models that provide upper or lower bounds for BER, this model calculates the exact values for BER in given scenarios. A partial rake receiver has been chosen as the receiving terminal. The modified Saleh-Valenzuela channel model has been used in this analysis. The model can asses the effect of any given narrow-band interfering systems. For the purpose of simulation, the narrow-band interfering system used is a Wi-Max transceiver based on IEEE 802.16-2004 standard. The validity of the model has been checked by comparing the mathematical results with numerical values achieved trough simulation. It is important to notice that this method can simultaneously be applied to both TH-UWB and DS-UWB.     

基于凸集投影的水声信道辨识算法

研究了使用凸集投影方法进行水声信道辨识的可行性,给出了凸集投影常用的凸集约束的条件,并推导了在复数域中的凸集约束的表达式。计算机仿真和实验结果证明,在较高信噪比的情况下,使用凸集投影方法可以正确估计水声信道中的多途幅度衰减和相位变化,其分辨率优于传统最大似然估计器-匹配滤波器,可作为研究水声信道的有力工具。     

空间相关性对水声多输入多输出系统信道容量的影响

通过三维多径相关模型,以垂直收发阵为例研究了信道参数如声线角度扩展范围、到达方向和收发阵元间距对水声MIMO信道容量的影响。如果考虑静止的收发阵,且不考虑信道中散射体的运动时,MIMO系统的信道容量由收发阵元信号的空间相关性决定,当空间相关性较小时,增加收发阵元数可以带来较大的信道容量增益,而当空间相关性较大时,随着收发阵元数的增加信道容量将趋于饱和。     

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。