一种低截获水声遥控信号的设计方法及性能分析

提出了一种基于时频扩展技术的低截获水声遥控信号设计方法,分别采用多载波技术和直序扩频技术实现水声遥控信号的扩时调制和频谱扩展。分析了信号的时宽带宽对低截获性能的影响,采用Wigner-Ville分布对时频扩展前后信号的能量分布进行了对比研究,利用可检测距离的概念定量分析了信号时频扩展前后的低截获性能。理论分析和仿真结果表明,该时频扩展信号具有低的瞬时功率及谱密度,处理增益大,可检测距离小,能够高可靠地实现信息的隐蔽传输。     

一种抗信道多径的扫频-扩频调制技术

水声信道是复杂的多径快衰落信道,其信道特性严重影响了水声通信的数据率和性能,抗多径干扰是提高水声通信系统性能的重要技术之一。对一种新的调制方法——扫频-扩频载波（Sweep-Spread Carrier,SSC）调制技术进行了深入研究,通过系统在水声信道实际数据的仿真,探究SSC的抗多径性能,简化了抗信道多径算法。SSC的基本思路是采用连续变化的载波频率,通过相关接收,将接收的多径信号在频域上分离,从而克服了码间干扰的影响。分析了在给定系统时不同信道多径时延对SSC性能的影响,以及给定信道时不同SSC参数对SSC性能的影响。仿真结果表明,选择合适的参数,SSC调制具有良好的抗多径性能。     

水声脉冲信号检测的新方法

水声脉冲信号是由一个运动平台上的发射器发射的。信号的调制方式、载频、幅度、脉宽以及周期均为未知。该文介绍了一种水声脉冲信号检测的新方法。水声脉冲信号接收机输出的短时谱重心是不断起伏的。起伏在高信噪比时会变得很小,而在低信噪比(或无信号)时会变得很大。由于,起伏的绝对偏差移动平均可用来度量起伏的大小,因此,它可以被用来检测水声脉冲信号。还介绍了新检测方法的原理、算法以及仿真结果。在海洋噪声、运动载体的辐射噪声以及小的多途干扰背景中,该方法能可靠地检测水声脉冲信号,并能同时对信号的一些参数作出估计。     

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。     

矢量传感器在频率调制通信系统中的应用

本文将矢量传感器应用于频率调制的水声通信系统中,利用声强解码代替传统的声压解码.借鉴QPSK信号星座图,发明了一种BFSK信号解调后的显示方法,该方法可直观的显示出信噪比系统带宽和误码情况.仿真研究结果表明,基于矢量传感器的通信系统利用声强解码可以扩大通信距离,降低误码率.     

基于气枪声源的远程水声通信方法

提出一种利用气枪作为声源的远程水声通信遥控的方法,以扩大水下遥控范围,支持水下多平台、多节点协同工作。从气枪声源产生脉冲信号的声源级、频率和多次发射的一致性等分析了作为水声通信信号声源的可行性;高声源级、低频段保证了脉冲信号在水下可远距离传播;高一致性保证了气枪声源脉冲信号具有可编码性和高的检测正确率。针对指令级远程遥控信息传输需求,提出了时延脉冲编码方法和信号检测识别方法。针对不同水文环境条件进行了仿真分析,为实现远程水声通信遥控提供了一种可选的技术途径,支持水下远距离多节点协同工作。     

H序沃尔什快速变换及其在水声扩频通信中的应用

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因,扩频通信技术的抗多途、抗干扰性能使之适合用于水声通信。然而,要想较好地解决多途衰落和多普勒频偏问题,须对接收信号进行多途分量的提取和多普勒频率搜索。这将使程序的运算量大为增加,一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。沃尔什快速变换能够快速的实现矢量和矩阵的相关运算,将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码、频率搜索和多途分集,可以保证接收信号的实时处理。从而,在信道多途比较严重、环境噪声较强的浅海信道中,能够实现长距离、低信噪比、低误码率、高保密性的实时扩频通信。通过湖试和海试,验证了此水声扩频通信系统的上述优良性能。     

基于小波变换的Page-Test水声瞬态信号检测

针对鱼雷、空投浮标、火箭助飞深弹等反潜武器入水瞬间产生的水声瞬态信号所具有的持续时间短、信噪比低、突发和不稳定等特点,以传统的Page—Test检测器为基础,提出了一种新的水声瞬态信号检测方法．该方法首先对采集的水声信号进行小波去噪,去除信号中的随机频谱成分,提高信噪比,然后利用Page—Test检测器进行检测．仿真结果表明,该方法可在低信噪比条件下有效地提取出瞬态信号的起始位置,其处理效果明显优于传统的Page—Test检测方法．     

一种有效的水声通信多普勒处理方法

在水声通信中,由于发射和接收平台之间的相对运动,多普勒频移是无法避免的。多普勒频移使信号频率和相位发生变化,降低载波估计的精度,造成自适应均衡器的发散,使整个系统的性能下降。文中设计了一种应用于水声多载波相干调制系统的多普勒处理方法,采用块估计和线性插值以抵消多普勒频移的影响。仿真结果表明,该方法能有效地抵消多普勒频移对多载波相干调制系统的影响。在信噪比为-10dB、数据率为100bit/s的条件下,系统允许相对运动速度可达到±10m/s。     

光干涉与相关分析检测地下水管泄漏

地下管道漏水的传统检测方法是以声 电转换为基础进行的。该方法的检测灵敏度、深度和距离都受到很大限制。这里介绍一种以声 光转换为基础的检测方法,使用改进的Mach Zehnder干涉仪,以频率直接调制光源,采用单一光纤输出,作为水声信号探头,配合相关运算和能量谱分析,改善系统的信噪比和灵敏度。由于用电脑作数字信号处理,主机与从机之间用无线电通讯,使检测工作更快捷。在地下水管泄漏的定位、检测灵敏度、深度和距离等方面都有明显改善。     

应答器发射与控制电路的设计与实现

应答器通常在水下测量、定位与导航等领域发挥着不可或缺的作用,针对某项目对水下测量用应答器在长效性、实时控制等方面的需求,设计了应答器的发射与控制电路。发射电路采用集成音频功率放大器TAS5412作为主体电路,并结合换能器的阻抗特性以及调谐匹配方法,实现宽带高效匹配;通过单片机以及I2C总线对发射机的工作状态进行控制。该应答器既可根据遥控指令与参数,选择预存信号波形进行应答,也可以实时计算应答的信号波形,使用灵活方便,应答声源级可控。湖上和海上试验的结果表明,该应答器发射与控制电路工作稳定可靠,满足长效使用的工程应用需求。     

基于分数阶功率谱熵的未知水声脉冲信号检测方法

水声侦察的核心问题是在无先验知识条件下捕获其他平台发射的脉冲信号,单频（Continuous Wave,CW）信号和调频（Frequency Modulation,FM）信号是常用的水声探测脉冲。功率谱熵算法能有效检测低信噪比的CW信号,但对FM信号性能不佳,分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FRFT）则能聚集FM信号能量。利用FRFT的性质,结合功率谱熵算法,设计了分数阶功率谱熵检测器,可在分数阶域实施未知脉冲信号检测。理论分析了FRFT对FM信号的能量聚集作用,优化了FRFT阶数搜索方法。仿真实验以及海试数据处理结果证实检测器对FM信号性能良好,且对CW信号的侦察检测性能无影响。通过门限学习,检测器可实现对未知水声脉冲信号的统一自动检测。     

Robust audio watermarking using frequency-selective spread spectrum

A novel audio watermarking scheme based on frequency-selective spread spectrum (FSSS) technique is presented. Unlike most of the existing spread spectrum (SS) watermarking schemes that use the entire audible frequency range for watermark embedding, the proposed scheme randomly selects subband(s) signal(s) of the host audio signal for watermark embedding. The proposed FSSS scheme provides a natural mechanism to exploit the band-dependent frequency-masking characteristics of the human auditory system to ensure the fidelity of the host audio signal and the robustness of the embedded information. Key attributes of the proposed scheme include reduced host interference in watermark detection, better fidelity, secure embedding and improved multiple watermark embedding capability. To detect the embedded watermark, two blind watermark detection methods are examined, one based on normalised correlation and the other based on estimation correlation. Extensive simulation results are presented to analyse the performance of the proposed scheme for various signal manipulations and standard benchmark attacks. A comparison with the existing fullband SS-based schemes is also provided to show the improved performance of the proposed scheme.     

一种新型的滤波器组在水声应答器中的应用

针对某型水声应答器中处理信号频带变宽,信号中叠加了多个频率分量以及实时性要求高的问题,提出一种基于频域信道化技术的滤波器组方法。首先给出该滤波器组的理论推导,并对滤波器组进行加窗处理,给出了FFT的长度和移动重叠点数等参数对该滤波器组的影响,最后进行了数值仿真,并进行了湖试试验数据处理。结果证明该方法可有效解决信号的信道串漏问题,验证了该滤波器组的正确性和可行性。该方法通过对信号信道化处理,减小了滤波处理的运算量,提高了数据的信噪比,便于后续的目标检测。该滤波器组算法简单、易实现、运算量小,在水声应答器信号处理中有一定的工程借鉴价值。     

差分振子时间历程在微弱调制信号检测中的应用

单一的差分振子仅可实现对周期信号中某一频率成分进行检测,对于强噪声背景下的边频带,尽管可以利用多个差分振子组成差分阵列进行逐个检测,进而确定边频带的间隔,但这种做法无疑会带来巨大的计算量。在对调制信号进行Hilbert变换包络分析时,所得到的时域信号是原始调制信号中的低频分量,亦是调制波信号,若该低频分量仍然包含较强的噪声成分,传统的频谱分析将会失效。此时,我们可借助差分振子时间历程对含较强的噪声的包络进行检测。因此,提出基于差分振子时间历程的微弱调制信号检测方法,即首先对信号进行Hilbert包络解调,然后利用差分振子时间历程对含较强的噪声的幅值包络进行检测,并成功应用于风机早期故障检测中。     

Eighteen-sided polygonal voltage space-vector-based PWM control for an induction motor drive

An inverter scheme with 18-sided polygonal voltage space-vector structure is proposed for induction motor drive applications. An open-end winding configuration is used for the drive scheme. The motor is fed from one end with a conventional two-level inverter and from the other end with a three-level inverter, realised by cascading two conventional two-level inverters. The inverters are fed with asymmetrical DC-link voltages. A simple linear PWM control scheme up to 18-step mode is proposed, based only on the motor reference phase amplitudes. The proposed scheme gives an increased modulation range with the elimination of the 5th, 7th, 11th and 13th-order harmonics, for the entire modulation range, when compared with any conventional schemes. The absence of low-order harmonics gives nearly sinusoidal currents throughout the modulation range, and makes PWM control of voltage very simple, with low inverter switching frequencies, especially in the extreme modulation range.     

A SAW-based commutation signaling modem for broadband indoor wireless communication

Commutation signaling is a bandwidth expanding modulation scheme that is robust to multipath induced intersymbol interference making it suitable for wireless digital communications. By using multipath diversity combining, commutation signaling exploits the time diversity that is inherent in a multipath propagation environment. This paper considers a surface acoustic wave (SAW) implementation of a commutation signaling modem for broadband indoor wireless communication. The modem employs differential encoding and a form of direct sequence spread spectrum modulation with the following specifications: data rate 40 Mb/sec, chip rate 200 MHz, and IF frequency 1 GHz. The differential coherent detector is a key element of a low cost, low complexity commutation signaling modem. A commutation signaling differential coherent detector has been implemented using SAW and RF integrated circuit (RF IC) technologies. The SAW devices have been fabricated on 1280-rotated Y-cut, X-propagating lithium niobate using approximately 1 micron line widths. RF IC technology Is used to implement the high-speed bilinear multipliers needed for differential coherent detection as well as the low-impedance buffers used to drive these multipliers.     

Enhancing ultrasonic imaging with low transient pulse shaping

This work deals with improving the resolution of ultrasonic ranging systems by means of preshaping the transmitter drive signals to achieve low transient acoustic pulses. As ultrasonic transducers are operated at a relatively high nominal frequency and quality factor, feedforward strategy is among the most efficient means to generate the low transient acoustic pulses. In this work, a digital signal processor and a field programmable gate array synthesize the transmitter drive signal to emit low transient pulses which are then applied to the detection of surface features. Both simulation and experiment results confirm an improved spatial detection resolution due to the lower acoustic transient interference. The drive signal synthesis process is also simpler than the conventional modulation method and should result in lower cost of implementation.     

宽带信号检测中自适应门限设定方法

在水声定位中,常常需要估计声波从发射端到接收端的传输时间。但由于传输距离的影响,接收到的声波信号强度变化范围很大,给检测带来不便。基于线性调频脉冲信号相关检测,提出了一种自适应门限设定方法,可以在一定的条件下替代自动增益控制电路。这一方法根据发射信号、传输信道、发射系统和接收系统的参数,依据声信号到达接收端的时刻,自动调整相关峰检测时的门限值,简便易行。仿真和湖上试验结果表明,这一方法可以有效地保证计算信号到达时刻的准确性。