水声信道的建模与仿真

对水声信道的建模与仿真进行了分析,首先介绍了基于波动方程的建模技术。接着分析了水声信道的主要特性,阐述了射线传播理论,并在此基础上介绍了声线跨度模型和基于该模型的本征声线的搜索算法。最后,采用MATLAB对水声信道模型进行了仿真。     

一种分层海洋中求取本征声线的新方法

提出了一种在恒定深度的分层海洋中计算本征声线的方法。该方法在跨度模型的基础上，将本征声线表示为三段声线跨度的组合，建立跨度方程组以确定本征声线。采用计算本征声线的方法，可以计算若干条本征声线的出射角、到达角、到达时间和传播损失。如果给定声源的辐射频率以及海底信息，还可以计算声线携带声波的强度和相位，这样在经典射线理论的基础上可以简明的描述声场分布，给水声通信时变特性分析和通信系统的设计奠定一定基础。     

分层海洋中求取本征声线数值方法研究

对分层海洋中本征声线的求取方法进行了改进.在本征声线模型基础上,分别利用二分法、单点弦截法对初始掠射角进行了精确计算和分析,结果表明,单点弦截法在保证精度的基础上节省了计算时间.计算结果可以为分层海洋本征声线建模提供理论依据.     

基于声线跟踪法开发超声无损检测动态仿真软件

以“声线跟踪法”为基础，运用面向对象的编程语言VisualC＋＋和三维场景开发工具OpenGL，按照面向对象的程序设计思想开发了超声波无损检测仿真软件。该系统实现了超声检测过程的三维可视化并对超声波传播路径和A型显示进行了较为准确的模拟。该文对仿真过程中的三维介质建模和传播路径模拟计算等关键问题进行了详细的讨论，采用CSG／B-Rep混合模型表示法对三维介质模型进行快速建模，并且采用声线跟踪法对传播路径进行较为准确的模拟。最后通过仿真实例，验证了算法的有效性。     

基于NS2的水声通信信道的扩展与仿真

研究水下信道通信优化问题,由于水下传感器网络在海洋数据采集有广泛的应用。水声信道具有高延迟、低带宽等复杂特点,影响信道通信质量。传统信道模型对网络仿真的效果比较差。为解决上述问题,对水声信道进行了建模,考虑了实际环境中各类噪声以及水温、盐度等因素对声信号传播的影响,并结合NS2进行了水声通信信道的扩展,最后在水声通信信道的基础上建立了一个多节点环境,对水声信道模型与实际水下环境的相似程度采用上述模型进行了仿真。仿真结果验证了信道模型的合理性,并反映出了水下环境中网络通信效果良好。     

无人机空中基站对地信道建模及功率覆盖预测

传统统计建模方法难以对特定场景下的无人机信道做出精确预测。针对城市场景下的无人机信道,结合确定性信道建模法,基于射线跟踪原理构建了一种无人机基站-地信道模型,该模型考虑了散射次数对接收功率的影响,将到达地面接收机的射线分为视距路径、一次散射路径和二次散射路径;给出了基于射线跟踪原理的传播损耗和3种路径相应的功率计算方法,该方法沿路径计算场强。在利用数字地图预处理技术对城市建筑物进行简化后,对该场景下无人机信道的传播路径、损耗、功率延迟分布以及功率覆盖情况进行了仿真验证。数值仿真结果表明,本模型能够准确复现城市传播环境及传播状况,覆盖预测结果可用于优化无人机部署。     

鱼雷声自导检测目标过程的建模与实时仿真

在研究某型声自导鱼雷自导弹道仿真时,对鱼雷声自导检测目标的过程进行建模与仿真：应用牛顿迭代法求解自导作用距离,给出了迭代初值的域及选取原则;考虑声线传播受特定海域海水盐、温、压力梯度等因素影响,采用折线近似法计算自导接收声束空间范围。依此进行仿真建模,利用WISE仿真软件及Visual C 编制仿真应用程序,并利用Vega视景仿真软件实现弹道仿真数据的三维町视化。结果表明上述方法在鱼雷声自导弹道实时仿真中是可行和有效的。     

SOC水声信道模型及其计算方法研究

对水下声波通信环境中的无线传播信道直达与非直达环境进行研究,引入几何参考模型,设计出相关模型。假设在三维水下空间的一个二维竖直横截面上均匀分布着数量无限的散射体,文中推导了水声信号到达角的概率密度函数、时间自相关函数以及多普勒功率谱密度的表达式,并分析了其几项主要参数对信道统计特性的影响。文中根据假设的参考模型提出了SOC(Sum of Cisoids) 水声信道模型,以及所需参数的两种有效计算方法,并对二者的性能进行了比较。该研究拓宽了水下无线信道建模的研究方向,并且很大程度地减少了数值计算开支,降低了模型的设计与仿真的复杂度。     

水声信道的建模与仿真研究

本文简要分析了水声信道的传播特性，介绍了一种水声信道的仿真模型，并对模型进行了一定的理论分析，提出了一些改进的建议，最后给出了实现仿真的方法，并对仿真结果进行了分析。     

水声通信网络信道仿真研究

根据海洋环境下水声信道的特性,提出一个面向水声通信网络信道的仿真框架,其中包括传播延迟、接收功率、背景噪声、干扰噪声、信噪比与误码率等若干模型,并以一个典型的水声网络仿真场景为例,给出了部分仿真试验结果.     

油田注水井管道声通信信道平台设计及仿真

以油田注水井构成的注水管道的无线声通信为应用背景,旨在分析以管内水为媒介的声通信信道,为在注水管道中实现远程声通信开展前瞻性的工作。对注水井特殊管道结构的传声特性和射线理论下井内声传播进行了全面分析。为产生声信号为管道声传播测试提供声源,成功设计了一款中等功率的水声发射样机,系统研究了其硬件电路设计及软件设计。油田注水井的声传播测试在实验井展开,仿真实验和系统测试表明该系统能有效对注水井的噪声信号进行采集和分析,并实现声通信信道传输,实验中得到了很多有意义的数据和结果。油田注水井管道声通信信道仿真平台的构建,为研究注水井声通信的实现和下一步对管道及机械设备的监测和故障诊断等应用奠定了坚实的基础。     

军用GSM系统传输信道的计算机仿真技术

仿真技术应用于军用GSM数字移动通信系统传输信道的研究，GSM无线传输信道的仿真从来就是一个棘手的问题。但又是展开对系统其它技术进行研究的基础。论文依据民用GSM协议标准，首先分析了GSM协议所推荐的传输信道模型，随后在此基础上提出了军用GSM系统传输信道的计算机仿真模型，并详细地阐述了信道仿真的算法，最后对实现的仿真信道进行了计算机仿真实验，实验结果表明该仿真信道具有一定的实际应用价值。     

水声通信网络设计与OPNET平台下仿真

水声通信网络是当代海洋研究、海洋资源勘探和开发、海洋环境立体监测、地震海啸监测和战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重。采用OPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,包括基于MC-CDMA的多用户检测以及基本CSMA/CA机制的信道握手流程与网络分配向量（NAV）帧冲突处理机制等。同时建立并测试了一个包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明设计的水声通信网络能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗。     

多水下机器人水声网络仿真框架设计

为了满足多水下机器人系统的仿真需求,根据水声信道和水声通信机模型,设计了一个基于局域网的水声网络通信协议仿真框架。该框架能够为分布式交互的水下机器人网络提供一个共享的虚拟水声信道,模拟通信协议在多个水下机器人节点上的运行情况。最后给出的是一个典型网络拓扑下ALOHA协议的仿真结果。     

水下无线传感器网络信道研究

水下无线传感器网络通信信道是一种环境噪声高、传播时延长、误比特率高、多径干扰、多普勒效应严重的时、频、空变复杂的随机信道。水下声信道的复杂性和多变性严重限制了水下声通信的性能。本文使用Matlab软件研究、仿真分析了上述因素对水下无线传感器网络通信性能的影响,为更好地设计无线传感器网络信道模型、合理的水下无线传感器网络拓扑结构以及低功耗、高性能的路由协议提供一定的参考依据。     

Simulation and modeling of hydro acoustic communication channels with wide band attenuation and ambient noise

Acoustic waves are the preferred medium for long-range underwater communications. Increasing number of innovative methods for underwater communication using acoustic waves appears. Performance of underwater communications for the new methods needs to be evaluated through simulation. Simulation of underwater acoustic communications is challenging due to many impediments, including attenuation, multipath propagation, noise and Doppler spread. In this paper, a baseline time domain simulation model is extended to several frequency-domain models. The proposed frequency models, including two incoherent models and a coherent model, take multipath attenuation and ambient noise into account. An incoherent linear fitting model and a coherent model are simulated and compared with a theoretical reference and the baseline time model. The proposed incoherent models are also compared with one another. Simulation shows that the incoherent linear fitting model produces results similar to the multi-frequency-merge-path model, but requires less computation time. In addition, the proposed coherent model is compared with field experimental data. The coherent model with color noise, in the frequency domain, can match closely the bit error rates of the field experimental data.     

Parallel optimization of three-dimensional wedge-shaped underwater acoustic propagation based on MPI+OpenMP hybrid programming model

The three-dimensional wedge-shaped underwater acoustic propagation model exists analytical solution, which provides verification for models like FOR3D propagation model under certain situation. However, the solving process of a three-dimensional complex underwater sound field problem is hindered by intensive computing and long calculation times. In this paper, we exploit a hybrid parallel programing model, such as MPI and OpenMP, to accelerate the computation, design various optimization methods to improve the overall performance, and then carry out the performance and optimization analysis on the Tianhe-2 platform. Experiments show that the optimized implementation of the three-dimensional wedge-shaped underwater acoustic propagation model achieves a 46.5 speedup compared to the original serial program, thereby illustrating a substantial performance improvement. We also carried out scalability tests and parallel optimization experiments for large-scale practical examples.

     

L波段海上浮标通信信道传播特性研究

分析了基于L波段浮标海上通信的链路传输损耗特性,以模拟动态海浪曲线为基础,结合射线追踪与数值分析思想,建立了适用于不同海况等级的信道冲激响应模型,给出了信道反射点数目与功率的累积分布概率曲线,最后以浮标-卫星与浮标-舰船两种链路为例,仿真得到了不同海况下的误码率曲线,并与传统两径信道与高斯白噪声信道结果进行对比。分析结果表明,海况恶劣程度与入射波仰角大小对链路误码率影响显著,传统两径模型不足以描述其传播特性,该研究对实际浮标通信链路预算具有重要意义。     

Benchmarking two simulation models for underwater and atmospheric sound propagation

Computational wave propagation models are widely used in underwater and atmospheric sound propagation simulation. In most realistic cases the physical domains involved are irregular. We have developed finite element techniques, applied to general irregular meshes and coupled with discrete, artificial absorbing boundary conditions of nonlocal type, for the Helmholtz equation and its ‘standard’ parabolic approximation. The physical domain is axially symmetric, with several fluid layers of variable acoustic properties. Boundaries and interfaces of general topography are allowed. The resulting models are referred to as the FENL and CNP1-NL models, respectively. We present results of the FENL model for underwater acoustic applications related to object identification and of the CNP1-NL for atmospheric sound propagation over an irregular terrain.