时间反转镜在水声通信网上行通信中的应用

基于声信道物理属性,提出利用位于不同水平距离、深度的用户间声信道弱相关特性,将单阵元虚拟式时间反转镜(VTRM)应用于水声通信网的上行通信,可以聚焦期望用户信息、屏蔽非期望用户信息,并可抑制码间干扰、提高信噪比. 仿真研究表明,当各用户信道间互相关性弱时,单阵元VTRM可有效分离各用户信息,有助于实现网络化水声通信.     

基于分数阶Fourier变换的正交多载波水声通信系统研究

针对传统OFDM系统在应对深度频率选择性衰落信道时性能下降和多普勒频偏造成子载波相互干扰的问题,提出采用正交的线性调频(LFM)信号作为载波,基于分数阶Fourier变换(FRFT)的正交多载波水声通信方案。该方案选用相同调频斜率,不同中心频率,频带相互重叠的正交LFM作为子载波进行信息调制,以分数阶Fourier变换作为调制解调方法来传输信息。为应对水声信道的多途效应,采用在数据帧与帧之间插入保护间隔(GI)来减小码间干扰。提出结合QDPSK和分数阶域载波位置修正抑制多普勒效应,简化系统复杂度。该方案最高通信速率可达3.6kbit/s,通过仿真研究和湖试实验验证了该方案的有效性与可行性。     

起伏冰表面轮廓提取及其起伏程度分析方法

冰水界面的声反射、声散射是冰下声传播、冰下混响特性的研究基础,然而粗糙冰水界面的起伏度是影响反射、散射的重要因素。因此有效提取冰水界面起伏轮廓及正确分析起伏程度的方法对冰下声反射、声散射的研究具有重要意义。针对有效提取粗糙冰水界面起伏轮廓的问题,提出了印模加图像处理的方法,即采用数字图像处理中形态学的闭运算、膨胀及边缘提取方法对印模图像进行处理,从而得到粗糙冰水界面起伏轮廓。然后,采用统计直方图、高阶统计量和粗糙度计算来联合分析冰水界面起伏度。最后,通过实验室试验验证了粗糙冰水界面起伏轮廓提取方法的可行性,验证了起伏度联合分析方法能够有效地分辨并比较冰表面轮廓起伏程度的大小及统计特性,为后续实验室条件下研究不同起伏情况的冰下声反射系数、声散射系数变化规律提供必要的技术支撑。     

载波频率不一致且频谱严重交叠干扰下的盲自适应多用户检测试验研究

运动水声多用户通信时,干扰用户的载波频率很可能和期望用户的载波频率不再一致。针对运动水声多用户通信载波频率不一致时的多址干扰（MAI）问题,提出了适用于载波频率不一致下的盲自适应多用户检测（BAMUD）算法。利用虚拟用户技术,将期望用户的多途干扰（码间干扰）虚拟成MAI,即将水声多用户通信系统中的信道均衡环节和MAI抑制环节整合成一个环节,简化通信系统结构;利用卡尔曼滤波（KF）BAMUD（KF-BAMUD）算法的MAI抑制特性,即利用了KF在最小均方误差准则下的最优估计特性,抑制载波频率不一致下的虚拟MAI,有效估计出期望用户的传输数据,实现多用户通信。在渤海和渤海结冰期进行了载波频率不一致下的多用户通信试验,良好试验效果验证了所提算法的有效性。     

OFDM技术在认知水声通信系统中的应用

随着对水下通信速率要求的提高和水下通信用户的增加,实现高速水声通信和对水下频谱资源的有效共享成为了水声通信的研究热点.认知水声通信系统为解决频谱资源共享提出了新的思路,而OFDM技术又具有频谱利用率高、通信速率快、频率选择灵活等优越性能.在阐述两种技术各自优势的基础上,指出了OFDM技术应用于认知水声通信系统的可行性,提出了一种基于OFDM技术的认知水声通信系统的设计方案,并给出了系统框图及仿真结果,验证了基于OFDM技术的认知水声通信系统的可行性和有效性.     

基于双向判决反馈均衡器的水声通信海试试验研究

将被动时间反转镜（PTRM）技术与双向判决反馈均衡器（DFE）相结合,设计并实现了高可靠性的单载波水声通信解码方案。接收端采用PTRM压缩信道多途结构,聚焦信号能量;利用双向DFE将传统DFE和反向DFE输出结果合并,进一步降低错误判决的概率,提高系统稳健性。在时不变浅海水声信道环境中,开展的水声通信试验数据处理结果表明：与传统DFE相比,双向DFE能够获得一定的处理增益,5 km、7 km和10 km通信距离上的均衡后输出信噪比分别提高了2.74 dB、 2.36 dB和1.54 dB,有效改善了解码性能。     

基于模态陷获能量比的水面水下目标分辨技术

水面水下目标分辨是水声领域中迫切需要解决的难点问题.本文利用浅海负跃层水文条件下水面水下目标声场主导模态差异性,通过波束形成空域滤波器设计方法分别估计接收信号中反转模态能量和传播模态能量,根据能量比估计结果实现水面水下目标分辨.仿真结果表明:当水平接收阵位于跃层内或跃层下时,该方法可以对非正横方位目标进行准确分辨,并且...     

基于差分正交频分复用的水下语音通信应用研究

将差分正交频分复用( OFDM) 水声通信技术与混合激励线性预测语音编码技术相结合,设计并实现差分OFDM 水下语音通信系统,使其能够有效地对抗多途干扰,并具有低峰均比、高传输速率等优点,从而能够满足水下语音通信的速率要求。使用不同编码效率的信道编码,对系统的抗干扰能力进行了仿真,得到对应的信噪比和误码率的关系曲线,指出了编码效率的损失可提高系统的鲁棒性。对不同码率卷积码下的差分OFDM 水下语音通信进行了湖试研究,并在1/3 码率卷积码下比对采用块状导频的OFDM 水下语音通信,给出了相应的合成语言效果,验证了系统的有效性和优越性;在不同通信距离上验证了系统的鲁棒性。