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。     

时延差编码在水下声通信系统中的应用

本文研究一种基于 pattern-时延差编码的高速数字水声远程通信技术，这一技术可以改善浅海中的通信质量。该技术利用线性调频（LFM）信号矩形脉冲的时延值进行时延编码，在接收端进行峰值检测的基础上采用时延估计技术进行时延解码。实时实验结果表明，在较低信噪比和存在多途扩展的情况下，采用该技术仍可实现信息的远程可靠传输。     

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。     

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。     

低声能辐射下的两种水声跳频通信方法对比研究

水声信道是一个极其复杂的时变-空变-频变信道,因而进行水声通信,必须克服时变多途干扰等困难。将抗干扰能力强的跳频通信技术应用于水声通信领域,对于隐蔽性、保密性要求高的系统来说,该体制有着卓越的特性。在仿真环境下,对比研究了m序列和基于二维logistic映射的混沌序列的相关性、平衡性、功率谱特性、多址性等性能。构建了一种在低声能条件下的水声跳频通信系统,给出了系统编解码技术的实现方法。发射的帧信号由激活信号、同步信号、时延信号和三组(15,11)汉明码循环3次组成,采用了时间与频率的双分集技术进行纠错解码,从而增强了系统的保密性。通过外场试验,验证了利用m序列和混沌序列进行水声跳频通信的可行性,并对试验结果进行了对比研究。由于混沌序列的数量巨大且性能优异,非常适用于水声组网通信和保密性要求高的水声通信系统。因此,混沌序列在今后的水声跳频通信领域应有更广阔的应用前景。     

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。     

基于MSS-PDS和单阵元PTRM信道均衡的深海远程水声通信方案

为了提高水声通信的性能,提出了一种联合运用M元扩频（MSS）通信和Pattern时延差编码（PDS）水声通信体制,并采用单阵元被动式时间反转镜（PTRM）来实现声信道均衡的深海远程水声通信方案。该方案的M元扩频-Pattern时延差编码通信技术既能胜任远程水声通信,又能提高通信速率;单阵元被动式时间反转镜信道均衡技术既可抑制多途扩展产生的码间干扰,又能提高信噪比。根据深海声道特性分析,该方案将通信固定节点置于声道轴以获取会聚增益,提高通信距离。计算机仿真结果证明,所提出的深海远程水声通信方案具有很好的鲁棒性和可行性。     

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...     

编码MultiPing在深海海底探测中的应用研究

针对深海海底探测中MultiPing(Multiple Pings)技术的回波识别问题,研究了编码多Ping发射与回波识别技术.信号编码使用2DPSK相位调制方式,以ADSP-CM403F混合信号处理器为核心设计MultiPing编码信号的DSP发射系统;回波解码使用差分相干解调法,用Gardner内插同步算法进行位同步,并基于Matlab中可视化的simulink平台搭建回波解码仿真模型,在示波器中显示回波信号到达的准确时间和解调出的码元序列,根据码元一致性确定每一列编码信号的传播时间,从而得到需要的海底信息;设计实验使用ADSP-CM403F在实验水池中发射75kHz中心频率编码信号,并在接收回波信号中加入不同信噪比的高斯白噪声模拟深海回波信号进行解码研究,得出不同判决门限下,误码率与信噪比的关系.通过对编码MultiPing技术的研究,验证了该方法的可行性.     

Pattern时延差编码水声定位的时延估计研究

基于Pattern时延编码体制,针对水下超短基线定位系统设计了呼叫信号的正、负调频时延编码结构,并提出利用二次互相关技术进行时延估计。该方法在一定程度上能够提高呼叫方的可检测信噪比,同时在复杂环境下对信道中包括直达波在内的多径信号能量进行累加,能够准确地完成峰值检测,进而达到提高时延估计精度的目的。海试实验结果表明二次相关法在不同信噪比条件下能有效地抑制界面反射产生的多径干扰。     

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道编码机制;并结合正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术搭建水声通信仿真系统,研究极化码在OFDM水声通信系统中的性能表现;同时研究极化码在不同的水声信道模型、信道参数、码长、码率下的性能。仿真结果表明,在信噪比为4 dB时,码率为1/2的极化码在水声时变信道中的误码率可达10^-4～10^-5,优于低密度校验（Low density Parity Check,LDPC）、Turbo码,约有0.5～1 dB的性能增益,该极化码信道编码机制与水声信道相匹配,可有效提高水声通信的可靠性。     

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。     

Simulation of ultrasound pulse propagation in lossy media obeying a frequency power law

A method is proposed to simulate the propagation of a broadband ultrasound pulse in a lossy medium whose attenuation exhibits a power law frequency dependence. Using a bank of Gaussian filters, the broadband pulse is first decomposed into narrowband components. The effects of the attenuation and dispersion are then applied to each component based on the superposition principle. When the bandwidth of each component is narrow enough, these effects can be evaluated at the center frequency of the component, resulting in a magnitude reduction, a constant phase angle lag, and a relative time delay. The accuracy of the proposed method is tested by comparing the model-produced pulses with the experimentally measured pulses using two different phantoms. The first phantom has an attenuation function which exhibits a nearly linear frequency dependence. The second phantom has an attenuation function which exhibits a nearly quadratic frequency dependence. In deriving the dispersion from the measured attenuation, a nearly local model and a time causal model are used. For linear attenuation, the two models converge and both predict accurately the waveform of the transmitted pulse. For nonlinear attenuation, the time causal model is found more accurate than the nearly local model in predicting the waveform of the transmitted pulse     

Programmable ultrashort optical pulse delay using an acousto-optic deflector

We present an optical pulse delay (OPD) for delaying ultrashort optical pulses that uses an acousto-optic deflector as an active component. The OPD is designed to correct for chromatic dispersion caused by the significant color spectrum of ultrashort pulses. It is intended to be used as one of the components in a three-dimensional memory system based on pulse-collision addressing in two-photon materials. Calculations show that the OPD should be able to provide 65 arbitrary delays with a random access time of ? 1 μs for 100-fs pulses. The power efficiency of the OPD can be as high as 85% and hence permits two units to be cascaded to provide more than 4000 distinct delays. The number of delays and the access time can be optimized such that a fewer number of delays are obtained with a shorter access time, which favors high-speed operations. We provide experimental results that use a Michelson interferometer to measure three different delays, approximately 1 mm apart (equivalent to ?3-ps time delay), obtained with 130-fs pulses. In addition we include an analysis of the performance of acousto-optic devices for both monochromatic light and ultrashort pulsed lasers. Finally, we provide the design of the optical pulse-delay system for a three-dimensional memory application.     

爆破条件对爆破震动信号分析中小波包时频特征的影响

非平稳信号的小波包分析是在小波变换基础上发展起来的 ,它对小波分析中没有细分的高频部分进一步分解 ,从而能够对信号局部信息进行更为精细的掌握。爆破条件是影响爆破震动时频特征分布的主要因素之一。本研究中 ,针对在不同段药量、不同微差间隔时间及近似相同的其它条件下产生的爆破震动信号 ,运用小波包分析方法对其进行了时频分析 ,主要探讨了段药量、段微差间隔时间对爆破震动时频分布的影响规律。段药量对爆破震动波形时频特征的影响主要体现在各层小波包主振频带内的细节信号峰值质点振速方面 ,各细节信号的峰值质点振速随段药量增加而增大 ,但主振频带分布保持基本的一致性 ,同一主振频带下小波包细节信号的阻尼比也趋于一致 ;段微差时间间隔对爆破震动时频特征的影响主要表现在 :延长各主振频带小波包细节信号的振动持时 ,不同微差单段波形的叠加增加了主振频带个数 (优势频率个数 )并使各频带内的优势频率值有微弱增大的趋势