正交M-ary/DS扩频及其在水声远程通信中的应用

在水声通信中,扩频通信具有可靠性高、抗多径能力强等特点,适合于远程或低信噪比情况下的通信;但另一方面,由于其带宽利用率低加之水声信道带宽有限,通信系统的数据率将受到很大的限制。为了提高数据率,提出了一种正交M-ary/DS扩频方法,该方法将正交直接序列(DS)扩频与并行M-ary扩频结合在一起,能够显著提高水声通信系统的数据率与带宽利用率。经过湖上实验验证,该方法在25 km距离约0 dB的接收信噪比下,采用63、127长度G o ld序列并通过RAKE接收,分别实现了对480个符号的无误码传输,数据率为381.0 b its/s与220.5 b its/s,其带宽利用率与使用相同序列的直接序列扩频相比提高了约一个数量级。     

M元线性调频远程水声通信新技术

浅海远程水声通信由于水声信道带来的严重多径干扰和衰落,导致通信速率低、误码率高以及接收端信噪比低等缺点。针对这一问题,提出了一种比较有效的M元线性调频(LFM)水声通信技术。M元LFM通信技术在发射端利用不同频段内多种不同调制斜率的LFM信号进行信息编码,在接收端用相应的拷贝相关器组进行信息解码。该方法具有较强的抗多径干扰和信道衰落的能力,且在低信噪比下的检测性能好。海试数据分析及仿真结果表明:利用M元LFM技术,在距离为80 km、带宽为200 H z、通带内平均接收信噪比为3 dB的情况下,利用单水听器接收,在误码率为1-0 4条件下,水声远程通信的数据率可达20 b it/s,此时带宽利用率为0.1 b it/(s.H z)。     

远程水声通信MC-MPSK及均衡方法

水声信道是一种多途、时变和频散的信道，声波在其中的传输行为十分复杂，加之水声传输的带宽有限及远距离传输时的载波频率较低，使得传输距离和数据率这一对矛盾尤为突出，如何在增大作用距离的同时提高传输数据率是水声通信的难点。在80km海上试验和分析研究MC、MPSK编码调制的基础上，提出了适合于远程高速水声通信的MC-MPSK的编码调制方法，以及基于MC-MPSK编码调制的梳状均衡方法，建立浅海远程水平通信的信道模型，对均衡器及系统的性能进行仿真，仿真结果表明该编码调制方法可实现低信噪比、多径水声信道的高数据率传输。     

单矢量水听器OFDM水声通信技术实验

针对水声通信中信道特性复杂、低信噪比的情况,为提高水声通信质量,在理论研究OFDM与矢量信号处理技术基础上,提出并设计了一套基于DSP平台和三维同振型矢量水听器的矢量OFDM实时水声通信调制解调器.在哈尔滨市松花江水域中进行了水平方向上矢量水声通信实验.实验结果表明,系统达到实时通信的要求,在4.3 km的水平通信距离上、QPSK调制、1/2卷积码编码、通信频带4～8 kHz的条件下,通信速率达到1 873 bit/s,最终误码率低于10-4,矢量OFDM比标量OFDM水声通信误码率有明显改善.     

水声变换域通信技术中的MMP-DCD稀疏信道估计方法

针对带限的水声通信系统在干扰严重的水下环境中性能严重恶化问题,本文将变换域通信系统(TDCS)技术引入水声通信领域,利用水声信道的稀疏特性,提出了一种基于对分坐标下降(DCD)技术的多路径匹配追踪(MMP)稀疏水声信道估计方法,该方法满足约束等距限制(RIP),每次搜索出与残差向量最相关的多个可能的支撑集,而DCD技术可以解决MMP信道估计算法中矩阵求逆带来的运算量大以及数值不稳定问题,特别适用于FPGA等定点硬件平台。研究结果表明:MMP-DCD算法估计所得的水声信道均方误差、误码率性能比最小二乘法好;卷积码编码可以降低该通信系统误码率。     

基于MC-CDMA技术的水声通信调制解调系统

水声通信由于其信道延迟大、带宽窄、干扰多等特点而发展缓慢,为了实现高质量、长距离的水下无线通信,通过对CDMA(码分多址)、OFDM(正交频分复用)等多种通信技术的分析和对比,基于FPGA平台建立了一种比较先进的水声通信调制解调系统。该系统采用MC-CDMA技术,设计了一种基于Gold序列的信号扩频办法,采用FFT/IFFT模块实现OFDM调制解调,该系统通过了水槽实验环境的测试,运行稳定。     

M元扩频OFDM水声通信新方法

扩频水声通信能够抗信道衰落、多径干扰,具有传输距离远、可靠性高、被截获性低的优点。然而,水声通信可用带宽很窄,导致其数据率低。文章在伪随机序列扩频水声通信和OFDM水声通信研究及湖上成功实验的基础上,提出了一种基于M元伪随机序列组和OFDM技术的新型扩频OFDM(MSS-OFDM)水声通信方法。该方法能使得扩频水声通信数据率提高2.(log2M).(log2Q)倍。从理论上分析了M元扩频OFDM在高斯白噪声信道(AWGN)下的误码率性能,并通过仿真验证了其较强的稳健性。利用湖试测量得到的多径信道参数模型,分析比较了OFDM、SS-OFDM以及MSS-OFDM的水声通信误码率性能,结果表明:M元扩频OFDM具有双重抗多径干扰的优点,即使在没有保护间隔的情况下,也能获得较好的通信效果;由于采用了伪随机序列组,该方法也可用于水声网络通信。     

OFDM水声通信基带传输及试验研究

分析了水声通信中最佳频率的选取,提出了低载波频率条件下,通过频率映射,用一对IFFT/FFT运算直接将待发序列调制到载频上的OFDM水声通信基带传输实现方法,该方法可避免发射机的载频调制、接收机的解调及载波同步,简化了发射接收机结构.对该方法进行了理论分析、仿真试验及湖试.湖试结果为:误码率小于10-4,5 km传输数据率9 kbps,该结果超过了国际上公认的水声通信距离×数据率=40 km·kbps的标准.试验结果表明该方法适合中近程高速水声通信.     

基于水声信道的MAPSK-TCM编码调制技术研究

论述了应用于水声信道的网格编码调制TCM技术,分析了影响其性能的主要因素;针对水声信道带宽有限的情况,提出了在信号频带不展宽的情况下提高水声通信性能的多进制非对称MAPSK-TCM编码调制方法,并在给定的水声信道下,分别对码率为1/2、2/3的情况进行了仿真,仿真结果表明:MAPSK-TCM方法(M=4或8)相对于相同信号带宽的标准TCM方法,在信噪比相同的情况下,降低了系统的误码率,对改善水声通信的可靠性有重要意义。     

码率可调节的高质量语音编码算法

中远距离水声语音通信时,由于水声信道可利用带宽窄的原因,通信速率较之无线电信道低.在高质量通话的前提下,语音编码码率也在一定范围内受到制约.在众多低速率语音编码标准中,美国联邦标准MELP(mixed excitation lin-ear prediction)是最佳选择,其编码码率2.4 kbit/s对于水声信道来说仍然偏高.考虑到水声信道的特点,结合语音信息不均匀分布、MELP编码参数分析和简化、码本冗余度降低等几个方面,从语音生成和听觉感知角度深入研究了MELP编码标准,采用不定帧数联合编码的方式,提出一种码率可调节的高保真语音编码算法.正常语速下,平均码率约800 bit/s.合成语音清晰可懂,保持了说话人的个性特征,其PESQ MOS(perceptual evaluation of speech quality mean opinion score)评分不低于2.7,语音质量接近2.4 kbit/s MELP标准水平,满足了中远距离(>10 km)水声高质量语音通信的要求.同时,本算法也可用于其他对实时性要求不高的场合.     

失效概率计算的截断重要抽样法

在结构可靠性分析中,传统的重要抽样法通过将抽样中心移到设计点处,从而提高了抽样效率。在传统的重要抽样方法基础上,通过引入截断的重要抽样函数,提出了失效概率计算的截断重要抽样法。与传统的重要抽样法相比,所提方法将重要抽样的区域控制在以均值点为球心的超球之外,从而进一步提高了抽样效率。推导了截断重要抽样方法的失效概率估计值的方差和变异系数计算公式。算例结果表明:在相同的抽样次数下,截断重要抽样法比传统的重要抽样法具有更小的失效概率估计值变异系数,而在相同的计算精度下,截断重要抽样法所需的样本数更小,这说明截断重要抽样法比传统重要抽样法具有更高的效率。     

基于信道辨识的自适应Turbo-OFDM系统性能研究

研究了信噪比对系统性能影响的规律,将信噪比分布分为高信噪比区、中信噪比区和低信噪比区3个区域。当部分平均信噪比分别取3个区域典型值时,引入迭代增益,判断典型信道状态对应的最佳迭代次数。将数据子信道对应的接收信噪比进行排序,计算部分平均信噪比,利用其进行聚类分析,对当前信道进行辨识,在不同的信道状态下,自适应选择迭代译码次数。仿真结果说明,在平坦慢衰落信道下,采用OFDM系统中基于信道辨识的自适应Turbo码译码算法,可以兼顾系统性能和译码速度,得到较低的平均误比特率和较高的平均译码速度。     

不可压N-S方程的高阶计算方法

采用拟压缩方法求解了不可压缩N-S方程,时间推进上采用隐式的LU-SGS方法,空间上采用R oger的五阶迎风格式。以圆柱和低雷诺数翼型绕流为计算对象,研究了这种高精度格式在低雷诺数问题中的适应性,同时分析了不同的空间精度、人工粘性等对结果的影响。结果表明:对于圆柱绕流而言,中心格式下面较大的人工粘性会延迟漩涡的周期性脱离;空间精度越高,对分离涡的刻画越细致,漩涡的周期性脱离开始得越早。     

基于空间目标特征信息的空间武器决策支持系统设计

对空间武器决策支持技术进行了比较全面的基础研究,并且以实例来说明如何将决策支持方法应用于空间攻防对抗体系。阐述了空间作战、空间目标特征的概念及其分类;应用决策支持方法对空间攻防对抗系统中的实际应用问题进行了数学建模和仿真分析,并应用Matlab程序语言实现了决策支持系统的人机交互界面。从仿真中看出,文中所采用的决策支持系统可以在不同情况下采取不同的决策,决策也能较好达到目的,应用效果良好。     

无线信道下视频传输的组合式差错控制机制

为减轻无线信道差错对视频传输质量的影响,针对现有前向纠错技术多采用多参数RS编码方式的局限性,提出一种新的组合式差错控制机制,首先联合信源采用交错式控制建立基于对视频重建影响程度的Q oS映射;然后采用非均等差错防护确立基于typeⅢ-HARQ的CRC-RS组合式差错机制;最后提出自适应帧长及组包算法进行有效的CRC传输,以最大化利用无线带宽资源。通过仿真结果可以看出,系统在失真度和功率损耗的改善上都有很大的优势。     

水声稀疏信道估计与大范围白适应平滑预测研究

研究了对水声稀疏信道的估计与预测．基于水声稀疏信道模型提出了信道重要权系数检测迭代估计算法来对信道的时域冲激响应进行估计,该算法无需预先知道信道多径数,同时可有效利用预估的信道多径数下限减少计算量;基于线性自回归模型提出了大范围自适应平滑预测算法来对水声信道进行预测,无需估计复杂的水声信道二阶统计特性,通过降低信道采样速率和局部平滑以进一步降低预测误差．文中算法比最小二乘（LeastSquares,LS）算法和匹配追踪（MatchingPursuit,MP）算法性能更为优越;当通信距离较短时,信道预测误差在10^2内．本文算法能够对水声稀疏信道进行有效估计和预测,可为水声通信中的自适应技术提供依据．     

一种用于飞行器RCS计算的高效矩量法

提出一种适用于飞行器隐身性能计算的高效矩量法。基于矩量法,通过分析物体几何外形与物面感应电流之间的关系,总结了几何形状对其表面电流分布影响的一般规律,在此基础上,根据物体表面各面元位置之间的距离、曲率等相对关系,提取物面单元感应电流间强耦合的阻抗矩阵元素,组成稀疏矩阵,并利用该矩阵计算物体的电磁散射。该方法保持了与传统矩量法基本一致的计算精度,而计算时间明显减少。以金属机翼模型和典型隐身飞机外形为例,计算结果表明该方法准确和高效。     

高维小失效概率可靠性分析的序列重要抽样法

针对工程实际中大量存在的高维小失效概率问题,提出了基于子集模拟的序列重要抽样法。该方法首先利用子集模拟的基本思路,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,然后再依据重要抽样法的思想,逐步构造序列重要抽样函数来求得失效概率的估计。文中给出了序列重要抽样法求解高维小失效概率的基本步骤,并用算例验证了所提方法的效率和可行性。数值算例和工程算例的结果均表明,基于子集模拟的序列重要抽样法不依赖于极限状态方程的形式,且适用于非正态分布随机变量,其可靠性分析结果有很高的计算精度。