基于伪随机序列的多波束水声探测系统的信道估计技术

多波束水声探测系统不同方向回波信号的同时检测,可以理解为通信中的信道估计问题。在水下多径传播环境中,多径信道的时延参数和幅度衰减参数的估计是多波束探测系统实现目标探测、定位和识别的基础,而抑制来自其它波束的多址干扰(MAI)是信道估计算法的重要目标。将直接序列码分多址(Direct Sequence Code-Division Multiple Access,简称DS-CDMA)通信系统模型应用于水声多波束探测系统。建立了基于伪随机序列的水下多波束探测系统的信号模型,研究了基于子空间方法的超分辨率信道估计算法。并给出了数值仿真实现,分析了信噪比、多址干扰及发射波束数等对信道估计算法性能的影响。仿真结果表明,该算法具有抑制多址干扰的性能,信道参数的估计方差逼近Cramer-Rao下界。这种信道估计技术尤其适合应用于多波束参量阵探测系统。     

OFDM水声通信系统动态OMP信道跟踪算法

针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)水声通信系统中最小二乘(Least Square,LS)信道估计算法和静态压缩感知信道估计算法分别存在估计精度低、导频开销大和计算复杂度高、实时性差的缺点,利用水声信道冲激响应的时域相关性,通过建立动态稀疏观测模型,提出一种动态正交匹配追踪(Dynamic Orthogonal MatchingPursuit,D-OMP)信道跟踪算法。该算法仅在初始时刻进行一次完整的正交匹配追踪(OrthogonalMatching Pursuit, OMP)信道估计获取信道支撑集,之后通过连续跟踪前一时刻信道支撑集的变化来跟踪信道。仿真结果表明,在导频开销相同的情况下,与传统LS算法、经典OMP算法相比,所提算法具有更好的信道跟踪性能和较低的算法复杂度。     

浅海水声信道盲估计方法比较

由于多途效应,水下声源和水听器之间的通道可以建模为一个多途时延衰减信道.通过水下信道特性的合理假设,盲解卷积技术可以用于浅海水下信道的估计.不需要源信号和信道的先验知识,利用单水听器的接收数据,采用频率域的自然梯度方法、等变化方法、信息最大化方法来估计水下仿真信道,仿真证明了它们对水下信道估计的性能,其中等变化和自然梯度方法明显由于信息最大化方法.     

双子阵被动跟踪系统

文章介绍一种用于水下机动目标测量的双子阵被动跟踪系统,介绍了双子阵定位原理和系统构成,提出了广义相关时延估计方法、时延值滤波方法和卡尔曼弹道滤波器,该系统能方便地进行水面或水下机动目标的跟踪测量。     

水声传感器网络中时钟漂移率跟踪方法

时钟同步是水声无线网各个节点协同观测的关键技术。该文针对水下节点长时时钟漂移率受周围环境影响产生变化的问题,提出一种适用于水下传感网络的时钟漂移率跟踪方法。该方法使用多模型描述时钟漂移率的变化,在使用现有高时延时间同步(TimeSynchronizationforHighLatency,TSHL)水声网络授时协议和轻量级高时延授时(Tri-message)算法计算获得时钟漂移率的基础上,使用交互式多模型卡尔曼(Kalman)滤波对变时钟状态向量进行跟踪和估计,并在滤波过程中采用Sage-Husa自适应方法动态调整滤波参数,提高算法估计的准确性。仿真结果表明,使用提出的跟踪方法,时钟漂移率估计均方误差可从3.0×10-9降低到5×10-10,算法性能优于现有授时方法。     

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.     

基于卡尔曼滤波的时变水声信道估计

为了能同时利用时变水声信道的簇状稀疏特性和时间相关性,构造了一种时变水声信道模型,并基于该模型对传统的卡尔曼滤波压缩感知算法进行改进。该方法主要利用前一时刻估计的信道状态响应来确定当前时刻信道的候选支撑集,并以此构造时变水声信道的状态转移方程。通过卡尔曼滤波迭代的方法计算候选支撑集上的系数,最后通过阈值法滤除误差原子。仿真结果表明：该方法能有效地利用水声信道间的时间相关性来提高信道估计的性能,同时由于水声信道存在簇状稀疏特性,因此经该方法也具有一定的鲁棒性。     

基于压缩感知的OFDM水声通信信道二次估计算法

该文主要研究OFDM水声通信信道二次估计技术,针对传统信道二次估计算法跟踪估计缓慢时变水声信道存在误码遗传的缺点,提出了一种基于压缩感知的信道二次估计算法。该算法结合水声信道的稀疏特性,利用经过编码校验后的大多数可靠信息,二次匹配追踪信道频域响应,作为系统均衡器的反馈输入信息和次时段信道初始信息,有效地抑制了系统的误码遗传。通过Matlab仿真实验和水池试验,验证了基于压缩感知的信道二次估计算法的可靠性和高效性。     

一种低复杂度的正交频分复用水声信道估计方法

高可靠性、低复杂度的信道估计是实现正交频分复用(OFDM)数据通信的必要前提。由于水声信道是时间、频率高度散射的信道,传统的基于维纳滤波的信道估计复杂度过高,参考无线信道的广义平稳非相关散射(WSSUS)模型,本文提出了一种基于最小均方误差(MMSE)准则的低复杂度OFDM水声信道估计方案,其运算复杂度明显降低,并被实际实验证明是可行、有效的。     

一种信道估计动态更新的逐幸存路径处理算法

水声信道复杂的时变特性会影响水声通信系统的性能,在设计时需要进行特殊考虑。利用逐幸存路径处理算法在无需插入训练序列的情况下即可同时进行信道估计和数据检测的特点,提出了一种信道估计动态更新的算法。该算法通过比较当前时刻各条幸存路径的分支量度来判断信道变化的情况,从而决定信道估计更新的时刻,达到动态更新信道估计的目的。仿真结果表明,所提出的基于信道估计动态更新的逐幸存路径处理算法能有效地跟踪信道变化的情况,在时变信道中使用能获得较好的性能。     

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。     

一种水声通信中基于信道估计的假设反馈自适应均衡器

直接序列码分多址(DS/CDMA)是一种受关注的水下声通信网多址接入方案。提出一种基于信道估计的水声DS/CDMA系统自适应码片级均衡器。水声信道的时变特性要求自适应均衡器系数以码片速率更新,而不是以码元速率更新。在线性均衡之前利用信道估计器抑制由先前发送的码片引起的码片间干扰,仅对少量幅值较大的信道抽头做均衡,有效地降低了运算复杂度。仿真实验验证了均衡器的性能。     

基于混沌的水声定位信号设计及性能分析

针对水声信道中复杂的噪声环境及各种干扰对定位准确度的影响,利用扩频通信技术的抗干扰、抗噪声能力,提出一种基于混沌的扩频信号产生方法。将该信息作为水声定位信号,通过相关法得到精确时延,进而可以计算出节点间的距离,通过在水声信道下对其性能进行分析。仿真结果表明:该扩频信号相关特性理想,具有很强的抗干扰能力,测距准确度高,适合用作水声定位信号。     

水声通信中一种有效的停等自动重传请求方案

针对水声信道,提出了一种改进的停等自动重传请求（stop-and-wait automatic repeat request,简称SWARQ）方案。为了提高传输的可靠性,分组中的每个比特连续传输Ⅳ次。对所提方案的理论上所得到的吞吐量关于信道的比特信噪比（SNR）、分组长度、每个比特连续传输的次数以及信道传输速率与信道传播时延之积进行了优化．较之于文献中所提及适合水声信道的基本SWARQ及其改进方案．所提出的ARQ方案能显著地提高水声通信系统的吞吐性能。而且．随着比特信噪比的增大,最优的N对分组长度、信道传输速率与信道传播时延之积的敏感度大大地降低。     

一种吞吐量稳定能量节省的MAC协议

数据链路层协议是水声通信网研究的一个重要内容。海洋水声信道的传输条件十分恶劣,是一个随时空频变、强多径干扰、长传输时延、高环境噪声、可用带宽非常有限的信道。传统的无线电网络协议不能直接应用于水声环境中。T-Lohi是为分布式、短距离、密集型网络设计的一种数据链路层协议。它采用唤醒信号来进行信道的预约,防止数据的碰撞。理论分析和仿真结果表明,对于分布式、短距离、密集型网络,T-Lohi能提供吞吐量稳定、能量利用率高的网络服务。     

基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。     

基于有效抽头和进化规划算法的自适应水声信道估计

为了实现稀疏水声信道的快速高效估计,提出一种新的基于有效抽头的信道参数模型降低运算复杂性,并采用进化算法以最小二乘误差为适应度函数对信道响应中有效抽头的阶数、位置和权重同时进行进化操作寻优,避免了有色输入造成的相邻抽头耦合导致的性能下降。仿真实验结果表明:与传统LMS算法及基于有效抽头检测的稀疏信道估计方法相比,该算法在有色输入信号下具有更优越的估计性能和收敛速度,为稀疏水声信道处理提供了一类新方法。     

水声信道多径参数的一种高分辨估计方法

水声信道多径参数的实时估计对于提高接收机性能有重要意义.本文提出了约束WRELAX算法,并结合最小e1范数系数分解方法,提出了一种新的高分辨信道多径参数估计方法.这种新方法不但能够分辨时延结构紧密的多径分量,而且能有效改善多径衰减参数的估计.本文利用这种新方法对浅海区实测数据进行分析,清晰地展示出了信道多径参数的稀疏结构,并准确地估计了信道的多径扩散,结论与声场计算的结果是吻合的.     

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。     

水声信道多径参数的一种高分辨估计方法

水声信道多径参数的实时估计对于提高接收机性能有重要意义.本文提出了约束WRELAX算法,并结合最小e1范数系数分解方法,提出了一种新的高分辨信道多径参数估计方法.这种新方法不但能够分辨时延结构紧密的多径分量,而且能有效改善多径衰减参数的估计.本文利用这种新方法对浅海区实测数据进行分析,清晰地展示出了信道多径参数的稀疏结构,并准确地估计了信道的多径扩散,结论与声场计算的结果是吻合的.