多输入多输出正交频分复用浅海水声通信打孔判决反馈信道估计算法

主要研究多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)水声通信判决反馈信道估计技术。针对传统判决反馈信道估计算法在非高斯加性噪声环境下跟踪估计缓慢时变水声信道存在误码遗传的缺点,提出了水声通信打孔判决反馈信道估计算法。利用级联码解编码信息评价水声信道频域响应估计值的可靠性,删除偏差明显的频域子信道,结合插值等手段恢复完整的信道频域响应,作为信道反馈信息。仿真和水池实验结果表明,基于打孔技术的判决反馈信道估计算法相较传统算法能够更好地抑制误码遗传,对抗突发噪声,跟踪信道的缓慢时变,提高水声通信质量。     

Turbo码在水声OFDM通信中的应用研究

为了增强高速水声通信中信息传输的可靠性,采用了性能优越的Turbo码和OFDM相结合的方法,并与传统的卷积码进行了性能比较.仿真结果表明,在水声通信可以接受的信噪比范围内,采用Turbo码的误码性能明显优于无信道编码和卷积编码;在带宽利用率相同时使用该方案的水声通信系统性能优于无信道编码和卷积码.因此,把Turbo码与OFDM相结合的传输体制可以明显提高水声通信系统的传输速率和可靠性,从而在水声通信中具有良好的应用前景.     

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。     

基于频域变采样的OFDM水声移动通信多普勒补偿算法

针对正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)在水声移动通信条件下存在对多普勒频偏敏感的缺陷,提出了一种基于频域变采样技术的多普勒补偿算法。利用移动通信条件下OFDM子载波正交性不变的特点,通过频域变采样实现对多普勒的快速补偿,并采用编码反馈校验技术跟踪系统多普勒变化,达到了OFDM移动通信条件下实时通信的目的。仿真和水池实验结果证实:频域变采样多普勒补偿算法不仅可以实时地跟踪通信载体运动变化,快速补偿多普勒,同时大幅降低了时域变采样多普勒补偿算法的计算量,降低了通信系统硬件平台复杂度。     

一种小平台剖面声呐的设计与实现

堤坝内部管涌、裂缝、空洞等安全隐患的检测是长期以来困扰水利部门的技术难题.针对水下堤坝安全检测,提出并设计实现了适合水下机器人等小平台为载体的高分辨率剖面声呐,系统采用大功率宽带水声发射机,产生线性调频脉冲,可以在信号发射后连续获取被测堤坝内部的回波信号,并通过DSP构成的水下信息处理单元进行实时相关信号处理,从而可获得坝体内介质不连续的信息.信号处理后的数据通过光纤传至水上单元,由PC机进行堤坝内部剖面图像的重建及显示.通过水池和外场水库试验,取得了良好的效果,验证了系统技术路线的可行性和性能的稳健性.该系统是为堤坝安全检测而设计,但是在海洋资源勘探和地质沉积层探测等领域同样具有广泛的应用价值.     

一种改进的水声正交频分复用稀疏信道时延估计算法

水声正交频分复用(OFDM)系统中,采用传统正交匹配追踪(OMP)方法估计离网格(off-grid)时延时,需要很高的过采样因子和高昂的计算开销.针对传统OMP方法估计离网格时延计算复杂度高的问题,该文借鉴多元线性拟合思想引入路径补偿的概念,提出了一种基于路径补偿的改进OMP时延估计算法,用以补偿从离网格路径向其周围网格位置泄漏的能量,并用补偿距离这一参数来解释路径补偿效果.该算法无需增加过采样因子,仅利用恰当的补偿距离即可实现较好的估计效果,且能在提高估计性能的同时降低计算复杂度.仿真分析与海试结果验证了该方法的优越性.     

基于频移键控的仿海豚哨声水声通信技术

针对水下隐蔽声通信的需求,该文提出一种基于频移键控的仿海豚哨声水声通信方法,通过模拟海豚哨声以降低通信信号被发现的概率,从而实现水下隐蔽声通信。该方法将信息调制生成的基带信号以一定比例与海豚哨声信号时频谱轮廓曲线相加获得合成哨声时频谱,再生成合成哨声作为仿生通信信号。接收端提取接收到的合成哨声与本地生成的存在固定频差的海豚哨声相干相乘,经过低通滤波获得频移键控信号进行信息解调,实现仿生通信。通过时频相关系数和Mel倒谱距离分析了通信信号仿生效果。仿真与海试试验验证了该方法的可行性,当码元宽度为0.1s时可在2km距离上实现有效通信,且时频相关系数不低于0.99。该方法调制解调原理简单,系统资源消耗更少,更易于工程实现,为仿生水声通信算法的实际应用提供技术支撑。     

水声网络全双工定向碰撞避免媒体接入控制协议

近年来水声网络(UAN)技术飞速发展,但仍然面临诸多严峻挑战,能量效率成为水声网络的首要考虑因素。此外,水声信道传播时延大且可用带宽受限,严重制约了水声通信技术的可靠性和有效性,进而限制了水声网络的整体性能。定向通信技术可以有效改善上述情况,通过波束聚焦能力将声波能量聚集在一定角度范围内,获得比全向通信更高的通信范围和信噪比,提升整个网络的能耗效率和空间复用率。但该技术需要对目的节点的位置具备先验知识,且会面临“聋节点”问题,因此该文提出一个水声网络全双工定向碰撞避免(FDDCA)媒体接入控制(MAC)协议,通过装备两个分别处于不同工作频带的全向换能器和定向换能器解决“聋节点”问题,并通过降低节点的冲突域解决了“暴露终端”问题。仿真结果表明,与水下Aloha(UW-Aloha)和时隙地面多址接入(S-FAMA)协议相比,FDDCA在多汇聚节点的网络拓扑下吞吐量分别提升了140%和400%,网络能效上节省了90%和94%。     

一种改进的水声正交频分复用稀疏信道时延估计算法

水声正交频分复用(OFDM)系统中,采用传统正交匹配追踪(OMP)方法估计离网格(off-grid)时延时,需要很高的过采样因子和高昂的计算开销。针对传统OMP方法估计离网格时延计算复杂度高的问题,该文借鉴多元线性拟合思想引入路径补偿的概念,提出了一种基于路径补偿的改进OMP时延估计算法,用以补偿从离网格路径向其周围网格位置泄漏的能量,并用补偿距离这一参数来解释路径补偿效果。该算法无需增加过采样因子,仅利用恰当的补偿距离即可实现较好的估计效果,且能在提高估计性能的同时降低计算复杂度。仿真分析与海试结果验证了该方法的优越性。