水下窄脉冲超宽带信号的传播特性仿真

超宽带信号具有分辨率高、截获概率低、穿透能力强等优点,将在水下目标探测、定位及通信等领域具有良好的应用前景;基于水下等离子体声源提出了窄脉冲超宽带信号产生方法,建立了以传播损失和海洋环境噪声为主要影响因素的超宽带脉冲传播信道模型;结合湖试实测数据,利用Matlab仿真软件和Welch谱分析法,仿真分析了不同频率的超宽带脉冲在水下传播不同距离后的功率谱密度以及传播特性;研究成果对水下等离子体超宽带脉冲的工程应用具有重要的参考价值,同时对水下等离子体超宽带脉冲声源的设计和研制也有一定的借鉴意义.     

基于分布式时间反转处理技术的水下节点网络物理层方案研究

时间反转处理技术可以在不需要传感器阵列结构等先验知识的条件下,在非均匀介质中实现声束的自适应聚焦,应用于水声通信时,可以减轻由多径传播所引起的码间干扰,提高通信速率。传统的时间反转技术均需要一个垂直线列阵作为时反镜,增加了节点复杂度及成本,本文所提出的基于分布式时间反转法通信的网络物理层方案,充分利用网络中多个独立节点的自身资源,组成分布式时间反转镜,在保留传统时间反转法通信优良特性的前提下,不需要再设置垂直线列阵,降低了节点复杂度及成本,兼顾了网络通信速率、节点复杂度以及信息传输保密性的需求。利用海洋环境实测数据得到的仿真试验结果表明,提出的基于分布式时反技术的水下节点网络物理层可聚焦多径信号,减轻多径传播带所引起的码间干扰,其性能与传统时反法相当,若联合判决反馈均衡器则可进一步提高系统性能。     

一种基于四阶累积量的声定向方法

针对深水钻井隔水管监测系统水下测点的声定向问题,建立了空间任意结构阵列的数学模型,分析了阵列信号的四阶累积量特性,提出了一种基于四阶累积量的空间任意结构阵列MUSIC算法,可对多于阵元数的空间多目标源进行二维波达方向估计,并能够有效抑制高斯色噪声。以一种空间结构的四元立体阵为例进行了计算机仿真,实现了对空间四个不同方向目标的二维波达方向估计,且对高斯噪声的抑制性能优于二阶统计量MUSIC算法。     

一种四元非典型阵水下超短基线声定位方法

针对水下目标探测与定位的实际需求,从超短基线阵被动声定位的基本理论出发,提出了一种可行的四元非典型阵定位模型.采用广义互相关时延估计算法,设计完成了一套基于DSP的被动声定位硬件系统,验证了算法的正确性.该硬件系统的定位误差小于1°.     

一种AGC控制的低噪声水声接收机

在深水隔水管监测系统上,为了接收水下节点发射的信号,研究设计了一款低噪声低功耗水下接收机。在海洋环境下,由于发射机发射功率,传播损失以及传播过程中噪声干扰等影响,造成接收信号畸变、衰减、动态范围增大等问题,不利于后端数字处理。本系统选择低噪声芯片,优化电路结构、降低系统噪声,通过六阶椭圆滤波器,选择所需频带信号通过,采用AGC实现大动态范围的压缩。海试结果显示,该系统具有高灵敏度、低噪声、低功耗、接收动态范围大等优点。     

水下声传感器网络节点自定位研究

以无线传感器网络（WSN）水下应用为背景,针对水下环境的特殊性,提出了一种基于聚类的分布式无锚点网络节点自定位算法：采用分布式坐标计算,有利于网络节点能量的合理使用;同时,不需位置已知的锚节点,方便了水下环境的应用。仿真论证了影响算法精度的因素,并对比了LAR和MET两种坐标确定方法。对水下WSN应用研究具有重要的参考价值。     

复杂海洋环境噪声下甚低频声信号检测方法

针对复杂海洋环境中的探测潜艇目标问题,开展复杂海洋环境噪声下的甚低频信号检测研究。采取更加符合实际的列维分布描述复杂海洋低频环境噪声,并基于对数矩法估计实测噪声的分布参数,为后续的系统参数选取提供先验知识;提出随机共振来检测复杂海洋环境噪声下的甚低频信号,分析列维噪声下的2阶随机共振方法;推导列维噪声下随机共振系统匹配参数,建立2阶双稳态匹配随机共振信号检测系统。仿真实验结果表明：2阶匹配随机共振检测器比传统相关检测器的检测性能优越很多;在虚警概率0.01条件下要使得检测概率达到0.9,比相关检测器所需输入信噪比降低10 dB. 通过外场湖中试验,验证了该系统对水下移动航行器产生甚低频声信号的有效检测。     

基于分布式时间反转法的水声组网通信

研究水下信息获取系统,在非均匀介质中实现声束的自适应聚焦,应用于水声组网通信时,可以很好地利用海洋信道中的多径特性,提高节点间的通信速率,为消除码间干扰和改善误码率,提出了一种基于分布式时间反转法的水卢组网通信方案,充分利用网络中多个独立节点的自身资源,组成分布式时反组网通信系统,组网节点不需要再设置传统时间反转法所必需的垂直线列阵,易于工程实现.利用海洋环境实测数据得到的仿真结果表明提出的分布式时反组网通信与传统时间反转法组网通信性能相当,联合判决反馈均衡器可进一步提高系统件能.     

空间任意阵的MUSIC算法性能研究

针对特定应用环境对阵列结构的特殊要求,以及一维线阵无法完成多维空间谱估计的问题,建立了空间任意阵列的数学模型,推导了空间任意阵的MUSIC算法,分析了算法的性能,实现了空间目标信号波达方向的方位角和俯仰角二维联合估计;以空间任意四元阵为例,通过计算机仿真,对比研究了3种不同阵列结构的MUSIC算法定向性能,仿真结果证明了算法的正确性和有效性。     

一种基于四元立体阵的声定向方法

提出了1种四元立体阵列模型,采用时延估计的声定向方法,设计完成了基于DSP的被动声定向硬件系统,经消声室实验验证了方法的可行性。