基于TURBO码的OFDM水声通信系统应用

提出了一套OFDM水声通信系统方案,采用Turbo码作为信道编码,使用梳状导频和块状导频进行信道估计.由于浅海水声信道多径导致的频率选择性衰落比较严重,连续的误码不可避免,需要性能强劲的信道编码.Turbo码在低信噪比下性能良好,适用于信道条件恶劣的浅海环境.对该方案进行了理论分析,仿真实验以及海试.在海试中得到传输距离2km,有效数据率2.8kbit/s,证明该方案可以用于中短程浅海水声通信.     

一种联合优化的水声通信网路由算法设计

针对传统的无线网络路由建立算法在水下小型网络中时延及能耗代价高的问题,提出了改进的DSDV(Destination Sequenced Distance Vector)路由过程,并在此基础上设计出与拓扑结构、MAC层联合优化的算法。该算法建立了以改进的DSDV路由建立时间、能耗及路由信息的完整性为代价函数,以MAC层的包长度、包间隔、拓扑结构中的点和边数等为矢量参数的数学模型,并结合无向图的广度优先搜索算法及最短路径算法,提出了在上述矢量参数条件下代价函数的最优化设计,形成一套适用于小规模区域性观测应用背景的水声通信网的路由建立方法。仿真结果表明,在相同的物理层条件下,联合优化的算法与未优化的DSDV相比,在相同的时间内建立完整的全网路由的概率最大可提高30%。     

利用声压场的浅海地声参数贝叶斯反演方法

针对浅海考虑弹性海底下的地声参数反演和对反演结果的不确定性分析问题,本文提出了一种基于贝叶斯理论的利用声压场信息的反演方法。首先通过快速场方法(FFM)计算声压场的理论预报值,其次根据贝叶斯理论基于似然函数建立实测声压场与理论声压场间的目标函数,最后依照Metropolis准则采样给出待反演参数的后验概率密度(PPD)作为反演结果。结果表明:依据本方法获得的反演结果与经典遗传算法(GA)寻优结果基本吻合;反演声压场与水池实测声场的相关系数达0.89;反演结果的不确定性表明与横波声速衰减、纵波声速衰减相比,弹性海底中的横波声速、纵波声速以及密度的不确定性更小。     

最小方差谱估计算法的改进及应用

最小方差谱估计方法（MVM）是声纳信号波达方向估计中一种十分重要的方法,然而工程实际应用中在小快拍数和低信噪比的场合最小方差谱估计方法的估计性能会受到很大影响。提出的基于时空相关信号协方差矩阵的最小方差谱估计算法（MVM Based on Time-Space Correlation Matrix）利用噪声在空间和时间上的相关性比较弱的特点大大改善了MVM在小快拍数和低信噪比场合的估计性能。基于时空相关信号协方差矩阵的最小方差谱估计算法应用到浅水高分辨率测深侧扫声纳的波达方向估计中,取得了比原始信号协方差矩阵的最小方差谱估计算法更好的效果。算法中的时空相关信号协方差矩阵构成方法在波达方向估计中有广泛的应用价值。     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

三维前视声呐信号处理方法

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。     

对置式宽带宽波束换能器

针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺寸为?100 mm×7 mm,换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时,新结构水平径向波束宽度为360°,水平径向TVR＞138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。     

基于水声信道探测的相干通信自适应调整技术研究

针对水声信道的特点,研究了相干通信自适应调整技术。通过对信噪比和接收信号与本地信号相关系数的分析,提出了在一定信噪比的条件下以相关系数为参考标准,自适应调整多种相干通信调制方式,从而达到在满足较低的误比特率前提下提高传输比特速率的目的。给出了相关系数控制参数k,通过k来调节相关系数控制区域,分别在降低误比特率、提高传输速率、降低调制模式转换速率三方面提高自适应相干通信系统的性能。     

适用任意平面阵列的二维宽带 DOA 快速估计算法

二维宽带波达方向(DOA)估计对实现水声通信定位一体化具有重要作用。 双边相关变换(TCT)算法是高分辨宽带 DOA 估计的经典算法之一,但只适用均匀线列阵下的一维 DOA 估计,且计算量大。 本文在对 TCT 简化算法( STCT)进行扩展 改进的基础上,提出了一种适用于任意面阵列且具有低计算复杂度的二维宽带 DOA 快速估计算法。 所提算法利用水声通信同 步信号的已知波形对阵列输出数据进行匹配预处理,有效压缩了聚焦变换所需频点数量,从而降低了聚焦变换过程的计算量; 利用余弦域加速粒子群最优化(APSO)搜索二维空间谱谱峰,在保持高搜索精度的同时显著降低了搜索计算量。 相较于单纯的 STCT 扩展算法,所提算法保持高 DOA 估计精度,在信噪比为 20 dB 时精度约为 0. 02°,但计算量远低于前者。 仿真和实验结果 验证了所提算法的优势。     

三维超声地震模型实时成像系统

室内水槽实验是研究地质沉积过程及其演化规律的重要手段,高精度获取沉积过程中的地质体的变化是这类模拟实验非常关键的环节。文章介绍了新研制的三维超声地震模型实时成像系统的主要组成及关键技术。该系统用于模拟海上地震,可以在沉积实验后通过快速测量及对数据的实时偏移处理与成像可以获取变化的多层复杂地质模型动态图像,极大地提高了实验效率和成像精度。该系统具有良好的实时性、成像质量以及探测范围,在对研究地质沉积、海洋地质以及三维地震模型研究等方面有着广泛应用前景。