低频水声通信系统水听器流噪声数值分析

低频水声通信是实现远距离水下无线通信的一种重要方式，在海洋科考、环境监测及军事等领域应用广泛。流噪声是制约低频水声通信传输距离的重要因素之一。不同于以往对充油的拖曳线列阵声呐的流噪声研究，由于低频水声通信系统常用换能器和裸露水听器实现水下信号的发送和接收，本文以该系统中裸露水听器流噪声为研究对象，采用大涡模拟方法（Large Eddy Simulation, LES）和声学类比方法方法对水听器周围的流场、声场进行数值模拟计算分析，研究在不同外形参数、运动参数下的水听器周围的流噪声。分析对比结果表明裸露水听器周围的流噪声对低频水声通信存在影响，且流噪声声压级随着运动速度的增加而提高。本研究为提升远程低频水声通信性能提供了噪声方面的理论基础。      

水声通信系统中信号同步的一种实现方法

水声通信技术是解决水下信息传送和处理的关键技术,它广泛应用于水下自治机器人(AUV)、水下通讯网络、遥控和目标检测等领域.由于水下恶劣传输条件的影响,水声通信系统中同步信号的处理是系统的一个关键问题.本文介绍了一种简单的水声通信方案的设计,重点分析了采用同步脉冲信号通信体制的位同步、帧同步实现方法.     

码分多址在水下定位中的应用

水下定位是一个通信的过程,其成败取决于水声定位信号的优劣,即该信号的稳定性和获取技术。介绍了一种基于码分多址的水下定位信号技术。该设计简单,较大地降低了水下通信的功耗,提高了功率利用率,较容易地实现了定位信息的发射,可靠性高,能够很方便地应用到多个基站。本文通过基于FPGA芯片实现分频电路,M序列、正弦波产生电路,给出...     

全海深高速水声通信机设计与试验

为了适应深海科学考察领域的快速发展,实现对全海域水声通信能力的覆盖,本文设计了一种全海深水声通信机。该水声通信机采用大功率D类功率放大器进行信号发射,利用三基元接收通道进行空间分集接收,最大通信距离12 km。水声通信机采用单载波相干水声通信技术,相干解调算法采用了时频域双向turbo均衡器结构,均衡器系数调整采用了改进比例归一化最小误符号率准则算法。该通信机于2018年12月12日在海洋最深处马里亚纳海沟挑战者深渊进行了实时水声通信试验,实现了水下10500 m到水面的高速水声通信,通信速率6000 bps,通信误比特率为10-5量级。      

TS101信号处理系统上扩展实现水下通信编码器

为了产生用于水声通信的各种信号,在已有信号处理系统软硬件限制的条件下,研制了一种基于DDWS方法实现的通信编码器,它能产生用于水下通信的连续不间断输出的任意信号,满足通信信号的精度和稳定性要求,OFDM信号的产生表明这种方法有效、可行,具有一定的通用性。     

水声隐蔽通信在水下测控中的重要性及发展方向

从我国海洋强国战略下海洋观测、探测设备的可靠远程测控的强烈需求入手,分析水下测控中隐蔽水声通信的重要性和可行性。通过分析各种隐蔽水声通信技术的特点,对仿生水声通信的现状和发展问题进行探讨,提出仿生水声通信服务于水下测控领域仍需努力的方向。     

水下通信定位识别一体化波形优化方法

为提升水下态势感知能力与态势信息交互的需求,通过分析水声通信信号波形参数与水声定位精度、识别概率间的关联关系,提出水下通信定位识别一体化波形优化设计方法和准则,给出水下一体化波形的具体设计流程,确定水声通信信号参数对水声定位、识别性能的约束关系。     

基于WinCE的水声通信网络通信协议设计

水声通信网络节点是水声通信网络的重要组成部分。由于水声信道的复杂性,为了提供高速实时可靠的水下通信,水声通信网络节点需要采用高效的调制解调方式、现代编码方式、复杂的信道估计和均衡等手段。传统相对简单的水声通信网络节点无法胜任当前的需求,因此开发新型的超高速水声通信网络节点具有十分重要的意义。本文通过在Windows CE系统环境下,通过编程实现ARM平台与其他设备的通信,以及实现水下通信网络三节点网络协议的程序设计。研究节点网络,研究通信信道的冲突问题,应用CSMA协议和RTS-CTS机制,编写三节点网络通信协议,验证水下通信网络节点三节点网络协议的实现。     

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。     

基于STBC的水声MIMO扩频通信系统仿真研究

为改善水声扩频通信系统的传输距离与系统容量,将空时分组编码（STBC）技术引入水声通信,提出了一种基于STBC的水声多输入多输出（MIMO）扩频通信系统,给出了系统实现方案和性能仿真分析。仿真结果表明,通过引入两发射单接收的STBC,原系统可获得约3dB的发射分集增益和2倍于原系统的频带利用率,证实了该系统可在不牺牲有限系统带宽的情况下有效抑制多径衰落,显著改善通信系统容量和传输距离。     

一种多载波跳频水声通信系统的级联码方案

充分利用多载波跳频水声通信系统的信号特点,提出一种适合系统的级联码方案,给出了相应的编译码结构和算法。通过合理使用交织器,编码方案可以提供较好的纠错能力。     

一种差分解调OFDM跳频水声通信系统

针对水下通信环境的复杂性,提出1种正交频分复用(OFDM)跳频水声通信系统,重点研究了差分解调技术在系统中的应用,通过分析和仿真研究指出频域差分解调更适合在系统中应用。     

OFDM水声通信信道估计技术研究

水声通信系统的目的在于高速、可靠地将信源信息经过海洋声信道传输到信宿。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。但随着传输距离的增加,信道条件恶化,多径、多普勒频移影响加剧,需要设计相适应的OFDM系统并采取有效手段改善系统性能。介绍了基于导频的OFDM信道估计的基本算法,主要研究了LS(最小平方误差)、LMMSE(线性最小均方误差)、LRLMMSE(低秩线性最小均方误差)算法,对各种算法的性能和复杂度进行了分析。     

基于深度学习的水下无线光通信信噪比改善研究与实现

复杂的水下环境造成了水下光信号的质量下降,为提升水下无线光通信系统信号信噪比,结合深度神经网络提出了一种信噪比改善方法,该方法通过信号频谱有效抑制了信号噪声.实验结果表明:针对1m传输距离的水下无线光通信16阶正交振幅调制-正交频分复用(16QAM-0FDM)信号,该方法可以实现约17 dB的信噪比提升同时误码率降低至...     

一种水下光通信中基于先验模型的预均衡方法

由于海水的散射特性,光在水下传输时会产生码间串扰(ISI)问题,传输环境较差时尤为严重.为解决该问题,文章将预均衡技术应用于基于直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)调制的水下光通信系统中,并针对水下光的传输特性提出了一种基于先验信息的预均衡方法.在浑浊海港海水环境下与传统均衡算法进行了性能对比.仿真结果表明,在信...     

基于OFDM随机步进频的雷达通信一体化信号模型

为了解决雷达通信一体化系统中的雷达信号与通信信号较难分离的问题,在正交频分复用(OFDM)雷达的基础上,提出了一种基于OFDM脉间随机步进频的雷达通信一体化信号模型,通过频率捷变将数据信息加载到雷达信号上,利用随机的步进频率传输数据,从而使一体化信号能同时实现雷达探测和数据通信功能,避免了信号分离。同时设计了雷达通信一体化方案,在雷达接收端,运用相关法实现一维距离成像;在通信接收端,通过带通滤波器组检测频率点解调数据。仿真实验结果表明,一体化信号能实现分米级的距离高分辨和速率为Mbit/s级的数据通信,能够满足大批量数据传输的要求。     

OFDM水声通信的水池试验验证

影响高速水声通信的2个主要因素是多径引起的码间干扰和有限带宽。正交频分复用技术（OFDM）是一种多载波传输方案,具有良好的抗多途特性和带宽利用率高的特点,因此,在水下通信中具有很好的应用前景。给出了基于OFDM的水声通信系统方案,该方案通过IFFT/FFT来实现编译码,利用循环前缀来克服ISI。消声水池开展的实验验证了给出方案的有效性。     

基于分数阶Fourier变换的并行组合扩频Chirp水声通信系统研究

Chirp信号具有较大的时宽带宽积,因此具有较强的抗多普勒扩展的能力,近年来在水下通信环境中得到广泛应用。但由于水声信道带宽非常有限,而Chirp信号又是一种宽带的信号,因此水下多载波Chirp系统中的的通信速率一般较低。利用Chirp信号在分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)的最佳分数阶变换域的冲激特性,结合并行组合扩频(Parallel Combinatory Spread Spectrum,PCSS)技术,本文提出了一个基于FrFT的并行组合扩频Chirp水声通信系统。该系统的特点是:一方面充分利用Chirp信号的性质,在保证可靠性的同时,省去均衡环节,大大简化通信系统接收端结构;另一方面,通过并行组合多载波的选择方式有效提升了系统的速率,提高了系统的频带利用率。通过在计算机仿真和实验室水池实验验证了该系统的性能。     

水下光通信防恶性码卷积码设计

为了防止在水下光通信系统中激光器发送长"0"或长"1"信号序列,避免通信系统发生无穷多个比特错误,采用一种新的卷积码编码方案,进行了编码设计和Viterbi译码理论分析与误比特性能仿真验证,用VHDL语言实现了编码器现场可编程门阵列设计,得到了编码系统与未编码系统的误比特率和达到同样误码性能所需的信噪比。结果表明,这种编码能够降低水下无线光通信系统的误比特率,提高通信的可靠性,降低系统对信噪比的需求。     

一种CPFSK信号调制指数估计方法

随着通信技术与通信方式的快速发展,通信信号调制方式与通信系统越来越复杂。复杂通信信号连续相位频移键控(CPFSK)由于其频谱利用率高,大量用于卫星通信等领域。针对复杂信号CPFSK的参数估计问题,提出一种基于李雅普诺夫指数的CPFSK信号调制指数估计方法。通过CPFSK信号李雅普诺夫指数与调制指数的数学关系模型,提取李雅普诺夫指数估计信号调制指数。仿真验证了算法性能,得到CPFSK调制指数估计均方根误差随信噪比的变化曲线。此方法计算复杂度低且实现简单,适用于CPFSK信号与常规频移键控(FSK)信号的调制指数估计。