水下双工语音通信系统的设计与实现

蛙人语音通信是水声领域研究的热点问题。利用多帧联合处理以及矢量量化技术实现了1.2kbps 速率的混合激励线性预测语音压缩编码,为适应水声信道的特点,采用正交频分复用技术对信源进行调制,并加入了同步、信道估计、RS纠错码等相关技术,以TMS320DM642和TLV320AIC23B等芯片为核心搭建硬件平台,设计并实现了一套水下实时双工语音通信系统。水池试验表明,在20 m距离上,合成语音清晰连贯并可分辨出说话人为谁,系统性能稳定。     

蛙人水下声信号特征研究综述

蛙人由于体积小、噪声强度低,探测十分困难,并且蛙人可秘密潜入重点水域实施侦察或破坏,对水下区域安全提出了挑战。文章首先指出了水下蛙人的探测难点,然后介绍了反蛙人声呐装备的技术现状,对蛙人水下目标主被动声学信号特征的国内外研究情况进行了综述,提出了反蛙人声呐装备系统发展的关键技术,为我国反蛙人声呐系统的发展提供了参考。     

通信声学:过去、现在和未来

通信声学的定义:通信声学是面向人与人、人与机器之间的信息交互,研究一般声学环境中音频信号的产生、传播和接收的声学分支学科。基于现代声学、信息处理和通信技术的发展,通信声学已成为一个多学科交叉的研究领域。它融合了心理生理声学、房间声学、电声学、语音和音频信号处理、通信技术、计算机技术等不同领域的研究成果,在当今的科学与技术变革中具有显著的位置。     

闭式蛙人目标强度预报及试验

闭式蛙人穿戴潜水服、眼镜、头盔和脚蹼，同时携带水下闭路呼吸器等在水下工作。本文通过理论建模和试验，研究水下闭式蛙人回声特性。将非刚性表面高频条件下目标回声特性预报的板块元方法算法进行局部修正，以适应考虑遮挡情况下不同属性材料组合目标回声特性预报计算。建立闭式蛙人潜水装备的分层介质反射系数模型，结合其几何外形的三维精确建模，计算闭式蛙人回声特性。给出了游泳姿态的0°～360°目标强度、回波时域角度谱、蛙人表面亮点分布等细致的计算图像。开展了真实闭式蛙人的湖上试验，理论计算与试验测量进行了对比分析。研究表明，气瓶、潜水服是主要的回波贡献，闭式蛙人目标强度概率分布区间在频率为50、70 kHz时为-20～-13 dB，在频率为80 kHz时为-23～-17 dB。     

某型蛙人运载器辐射噪声测量与特征分析

蛙人是港口和水下设施的重要威胁，蛙人运载器产生的辐射噪声是对依靠运载器执行任务的水下蛙人实施警戒探测的重要依据，目前利用声学系统被动探测是发现水下蛙人的有效手段之一。文章针对某型蛙人运载器的实际探测问题设计了声学测量实验，实验包括消声水池测量和海上测量两部分，目的是获取蛙人运载器的有效声学特征，包括声源级、指向性、功率谱、LOFAR谱和DEMON谱等，获得有效的轴频、叶频及其各次谐波簇。在实验测量的基础上，系统分析了某型蛙人运载器辐射噪声的典型时频变化特征，为水下蛙人运载器的警戒探测提供实测数据支撑。     

三型高频声呐的关键技术与发展趋势

针对高频声呐在水下安保中的应用,介绍了反蛙人技术、图像声呐技术和浅水多波束声呐技术,并指出这三种声呐的关键技术及未来的发展趋势。     

水下蛙人呼吸声Mel倒谱特征的实验研究

为提高水下蛙人呼吸声识别的准确度,提出一种基于Mel频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)的蛙人呼吸声信号特征匹配方法。计算呼吸声信号之间、信号与环境噪声及舰船辐射噪声的MFCC夹角和MFCC距离并进行匹配比较,以进行分类识别。某湖试验数据的处理结果表明:蛙人呼吸声与舰船辐射噪声及环境噪声的MFCC参数有着明显的差异,能够对蛙人呼吸声信号与干扰噪声进行区分,证明了基于MFCC特征算法的有效性,对发展港口、码头等近海海域附近的水下蛙人探测声呐和预警系统具有实际意义。     

水下蛙人主被动探测实验研究

为了对抗来自水下的"非对称"威胁小目标,以携带开放式呼吸器的蛙人作为研究对象,对蛙人的肺部组织、氧气瓶和呼吸产生的气泡的目标强度进行了仿真和实验研究,并测量了不同姿态蛙人的目标强度,分别给出了水池和湖中的测量结果;根据水池和松花湖测量数据,对呼吸声和呼吸器减压阀等辐射源噪声的时频特性进行了分析,并给出了蛙人呼吸声声源级估计的结果。     

无线调频发射机的设计与研究

随着社会的发展，发射机在众多领域得到了越来越广泛的应用，如移动通信、雷达定位、遥测、广播电视。然而，无线调频发射机更是越来越受到大家的欢迎。本文利用高频电路、通信原理、广播电视技术、单片机等知识对无线调频发射机进行了设计和研究，实现了线路输入语音信号的小功率远距离单工发送。     

一种个人语音水声通信系统的方案研究

提出了一种基于DSP实时处理的水下个人语音水声通信系统的设计方案,构建了通信系统的结构模型,方案中采用CELP码激励线性预测编码,差分MPSK调制,卷积信道编码,以及判决反馈均衡技术,并对其关键技术进行了性能仿真和分析比较.结果表明,该系统可满足语音信息在水下信道的传输,有良好的原始语音恢复性能,误码率在10-3以下,具有较好的开发潜力.     

水声通信中的信道估计与机器学习交叉研究进展

近年来,以深度学习为代表的机器学习技术飞速发展,凭借其出色的学习能力,在复杂环境条件下的建模问题中展现出了独特的优势。当前,基于机器学习的水声通信技术研究方兴未艾,在信道估计及均衡、典型通信系统应用等方面取得了一定的进展,但是针对实际水声环境约束条件下的研究较少。为此,文章围绕信道估计这一水声通信关键技术,针对水声信道估计中存在的样本不足,标签标定困难以及水声环境时空变导致的源域、目标域失配等问题,讨论了水声信道估计与数据增强、无标签学习、少样本学习等模型和方法交叉研究的发展思路,并给出了初步的仿真和试验结果。文章是对水声通信中的信道估计与机器学习交叉领域研究重难点问题的初步探索,为水下各类平台自主智能化的通信技术发展提供了参考。     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。     

船载水声定位系统自动校准技术研究

在分析常规水声定位系统校准方法的基础上,结合某型船载水声定位系统的工程研制,提出了一种自动校准方法。该方法无需常规的动态或静态校准,可在每次系统安装完成后自动检测及校准。利用基阵中心位置的发射换能器以及船只固定连接杆入水端的发射换能器依次发射校准声信号,将获得的水声定位坐标与上述两个发射换能器固定对应的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)天线坐标进行平移和偏转,获得偏移参数矩阵,实现系统校准。某水域的跑船试验验证结果表明,利用该自动校准方法可在两分钟内完成全部自检及校准工作,并且水声定位轨迹与跑船GPS轨迹重合较好,具有校准效率高、测量精度高等优点。     

OFDM技术在认知水声通信系统中的应用

随着对水下通信速率要求的提高和水下通信用户的增加,实现高速水声通信和对水下频谱资源的有效共享成为了水声通信的研究热点.认知水声通信系统为解决频谱资源共享提出了新的思路,而OFDM技术又具有频谱利用率高、通信速率快、频率选择灵活等优越性能.在阐述两种技术各自优势的基础上,指出了OFDM技术应用于认知水声通信系统的可行性,提出了一种基于OFDM技术的认知水声通信系统的设计方案,并给出了系统框图及仿真结果,验证了基于OFDM技术的认知水声通信系统的可行性和有效性.     

舰船尾流侧向声检测方法

舰船尾流声检测是水下航行体实现自动搜索、跟踪、攻击水面舰艇目标的最有效途径之一,当前工程应用和相关研究主要集中于从尾流下方实施的顶视声尾流检测方法.为了进一步研究水下航行体新型尾流检测技术,提高尾流自导性能及抗干扰能力,研究了舰船尾流的侧向声散射检测方法.分析了舰船尾流的几何特性和声特性,进行了实验室模拟尾流的气幕声散...     

深水通讯节点中基于脉冲采样的高能效SPWM发生系统设计

近年来,深水探测中水下通讯节点的小型化、低功耗成为设计的难点。在水声通信中,普遍使用正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)信号驱动功率放大器进行工作。传统SPWM产生系统电路复杂度高,针对SPWM生成原理和电路实现,提出基于脉冲采样的SPWM生成方法,并进行性能分析;基于数字处理器设计了高能效SPWM发生系统,在保证SPWM信息损失较小的同时,减小硬件电路面积。实验结果表明,提出的高能效脉冲采样法与SPWM发生系统可以满足工程应用。     

无线电遥控水声监测浮标

在传统的长基水声定位技术基础上,设计了一套集水声定位监测、无线电通信和水声遥控功能于一体的无线电遥控水声监测浮标系统,利用合作信标方式和询问应答方式对水下目标的三维运动轨迹进行测量,无线电通信和水声遥控功能相结合能实现对海底潜标的远程控制。系统设计中采用了一系列消除干扰、降低功耗的措施,提高了定位精度,延长了系统的工作时间。经水声拉距试验,到达7.8km处时,应答信号的时延值仍稳定;水声遥控指令在5.5km处时稳定可靠。在无线电拉距试验过程中,相距12km处通信质量良好。解算出的定位轨迹与目标船上的GPS轨迹基本一致,定位精度在5m左右。上述海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。