冰下单载波水声通信试验研究

北极地区战略地位的提高促进了极区各种应用的快速发展，冰下水声通信成为其中一个热点问题。为了研究冰下单载波水声通信性能，在黄海冰区开展冰下试验。重点分析了内嵌锁相环的多通道判决反馈均衡(Multi-channelDecision Feedback Equalization, M-DFE)技术在冰下水声通信中抗多途时延的能力，研究比较了改进比例归一化最小均方(Improved Proportional normalized Least Mean Square, IPNLMS)算法和递归最小二乘(Recursive Least Squares,RLS)算法的均衡性能。试验结果表明IPNLMS和RLS都能克服信道多途效应带来的影响。在牺牲计算复杂度的前提下，RLS具有更好的均衡效果，M-DFE在冰下环境中能够有效消除码间干扰。     

基于QPSO的水下加肋圆柱壳体噪声优化设计

提出了厚度分布沿轴向周期变化的加肋圆柱壳体有限元矩阵的快速导出算法,并结合边界元法对圆柱壳体在水下受力振动与声辐射进行预报。在此基础上,以低频段内总声辐射功率最小为优化目标,采用量子粒子群算法对厚度沿轴向周期分布的加肋圆柱壳体进行优化设计。数值仿真结果表明,该算法对水下加肋圆柱壳体的噪声优化设计分析周期有明显的改善,合理配置圆柱壳体的厚度分布可以有效的改善圆柱壳体在水下的噪声性能。     

四分之一波长间距阵抗拖船干扰研究

为改善拖曳线列阵声呐的尾向探测能力,降低拖船噪声对半波长间距阵尾向探测性能的制约,本文关注四分之一波长间距阵对连续波信号和带限噪声的响应。研究表明,四分之一波长间距阵具有非对称的端向指向性,与半波长间距阵相比有约20 d B的空间抑制能力,能有效抑制拖船辐射噪声干扰。本文还提出用零陷权组合传感器构成四分之一波长间距阵,理论上其抗拖船噪声干扰的效果比四分之一波长间距阵更好。     

全相位频谱校正技术在水声通信中的应用研究

多普勒效应是影响水下移动通信性能的主要因素,准确估计多普勒频移对提高通信系统可靠性具有重要意义。在进行离散频谱分析时,时域非整周期截断会造成频域能量的泄漏,导致频谱估计精度降低。全相位频谱分析具有良好的抑制频谱泄漏特性及相位不变性。仿真验证了全相位频谱校正技术相对于传统频谱校正技术在估计性能上的优势,并在此基础上探讨了全相位频谱校正技术在水声通信中的应用。采用全相位频谱校正技术进行多普勒频移估计,进而进行多普勒补偿以降低通信系统误码率。仿真结果表明,全相位频谱校正技术能够实现高精度多普勒频移估计,从而提高水下移动通信系统的可靠性。     

基于对数域同态滤波的时延估计算法研究

针对水声信道中窄带信号的多途时延估计问题,本文在对复倒谱时延估计方法进行研究的基础上,提出了一种基于对数域同态滤波的时延估计算法.结合复倒谱与同态滤波思想,将接收的窄带信号首先变换到对数域,然后与本地存储的信号进行谱减法,再对相减后的信号进行滤波以消除残余的信号与噪声成分,最后将其恢复到时域以获取多途时延估计.与传统的匹配滤波/相关处理以及复倒谱分析方法相比,本文算法具有时延估计精度高、噪声抑制能力较强等特点.仿真与湖试数据处理结果证明了该方法的有效性.     

变速M元扩频水声通信系统研究

针对不同的水声信道和不同的接收信噪比有着不同的最优传输速率的思想,文章根据水声信道的特殊性,提出了一种基于M元扩频的新型水声通信系统,采用不同的码本以实现不同的通信速率。文章阐述了几种码本的产生方法和性质,通过仿真,获取了在几种通信速率在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)和衰落信道下的误码率曲线,并得到了在10-4误码率要求下所需的信噪比,为水声通信系统的灵活性和适用性提供了一种新的解决方案。     

声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及功率谱变化规律研究

为获取声波作用下的气泡非线性动力学特性影响因素及频谱变化规律,本文以描述声场作用下气泡动力学特性的Keller-Miksis模型为基础,综合利用多种数值分析方法,对激励声压幅值、激励频率以及气泡平衡半径等参数对气泡非线性动力学特性影响及参数控制下该非线性系统中多种运动状态下的频谱能量变化规律进行了研究。研究结果表明,只有当系统参数皆在一定阈值范围内时,系统才可能发生混沌,系统混沌运动状态的产生是各种因素相互制约和均衡的结果,且在该系统中蕴含着复杂的频谱展宽和能量转换过程。在实验中观察到次谐波的出现,并证明了随着激励强度的增大,产生次谐波的能量越大,同时基波能量衰减也越大。本文的研究工作可为引导外加声场的频谱结构发生改变所带来的潜在的噪声控制等应用提供一定的理论和实验基础。     

多频激励Duffing系统振动状态研究

通过多尺度法对Duffing系统的幅频响应特性进行研究可知,多频外激励改变了单频激励条件下系统的振动状态,使系统的主共振曲线产生了偏移;经过分析可以得知,Duffing系统主共振幅频特性曲线改变的大小与加入多频激励的幅度和频率有关。利用数值仿真对硬弹簧特性Duffing系统具体算例进行了计算,仿真结果表明,加入的多频外激励项改变了原有单频激励下系统的振动状态,对比研究了不同多频激励参数对系统振动状态改变的情况,取得了与解析分析较为一致的结论。     

水池声场的快速计算方法

基于封闭空间声场理论计算水池声场存在收敛速度慢的问题,提出了一种水池声场的快速计算方法,该方法通过将水池声场表达式由三重无穷级数展开转化为二重无穷级数展开,x、y和z三个方向本征值相互依赖等措施,有效地提高了声场计算收敛速度。同时,为避免计算溢出问题,改进了声场计算策略,保证了声场计算精度。数值仿真和试验都验证了该计算方法的有效性和正确性。