浅海水声信道研究与仿真

水声通信是近年来发展迅速、研究相当活跃的通信技术领域之一,它的研究为解决水下信息的可靠传输提供了重要的技术保障。浅海域水声数据传输对于海洋勘探、海洋环境监测、海洋石油开采、海洋空间利用以及海上战争等方面都有着特别重要的意义。本文介绍了浅海水声信道的特点,阐述了如何建立浅海水声信道的模型,并用MATLAB对浅海水声信道进行了仿真和分析。     

一种水声信道仿真设计方法

本文提出了一种通过改变脉冲响应估算时间从而进行水声信道仿真(EUAC)的方法,该方法不需要海上试验就能对任一特定信号的通信方案进行信道输出估计,因此节省了时间和资源。这种方法首先需要进行一组海上试验。在每一次试验中,发送特定的窄带自相关信号,然后记录它们的响应,这样可以得到真实信道的冲激响应、多普勒漂移和相移的估计。应用这组海试结果建立一个EUAC数据库,该数据库将有助于在不经过海上试验的条件下对各种通信方法的性能进行评估。     

测量和仿真水声信道的方法研究

提出了一种通过改变脉冲响应估算时间从而进行水声信道仿真（EUAC）的方法,该方法不需要海上试验就能对任一特定信号的通信方案进行信道输出估计,因此节省了时间和资源。这种方法首先需要进行一组海上试验。在每一次试验中,发送特定的窄带自相关信号,然后记录它们的响应,这样可以得到真实信道的冲激响应、多普勒漂移和相移的估计。     

基于射线模型的水声信道的仿真软件设计

利用声线理论对多途水声信道进行了建模仿真软件设计。采用求解声线跨度方程的方法，搜索本征声线，并求解其参数。仿真结果表明，该基于射线模型的软件对多途信道参数预测精度高，具有很强的工程应用价值。     

无线信道的可视化建模和仿真

无线信道是移动通信的传输媒体,研究其特性并建立一个与实际传输环境相符合的无线信道仿真模型都有着十分重要的现实意义。本文首先提出无线多径衰落信道的广义平稳非相关散射（Wide-Sense Stationary Un-correlated Scattering,简称WSSUS）假设,并在该假设下对该信道的计算机仿真模型进行了研究;最后选择MATLAB6.X的仿真工具箱SIMULINK作为图形建模的支持环境,对多径无线信道的冲激响应进行可视化建模和仿真。     

基于射线模型的浅海水声传播仿真研究

浅海是我国船只活动的主要区域,在计划海上实验、设计最优声纳系统和预测海上声纳性能时,水声模型被广泛地应用于预报声学环境。用射线模型为浅海声场建模,由于射线理论有足够的准确性,可以用来获得声波在空间传播的重要信息,在一定的条件下,射线声学的数学运算也比较简捷。在此结合仿真结果,证明了由射线理论给出的声线图可以给声场以直观、形象的理解,其建立的水声信道模型在工程应用上具有重要意义。     

水声传感器网络的水声信道建模与仿真

水声信道模型是水声传感器网络建模仿真的基础,对能否正确模拟水声传感器网络通信状态具有重要影响。为了精确模拟水声信道,研究、分析了水声通信的传播延时、传播损失及环境噪声等模型,在水声传感器网络仿真软件Aqua-Sim中引入了海水温度、深度、盐度和酸碱度等变量,实现了Mac Kenzie声速建模和Ainslie&Mc Colm吸收系数模型的建模。仿真分析了各个参数对平均数据包延时、平均能量消耗以及平均吞吐量等网络性能的影响,结果表明声速模型与吸收系数模型的引入使得Aqua-Sim的仿真结果更加精确。此外,在MATLAB中实现了环境噪声模型的建模,得到了不同传播距离下的最优频率,分析了发射功率同通信距离和频率之间的关系。结果显示,在通信距离确定的条件下,选择适当的通信频率可以最小化发射功率,从而达到既满足高信噪比又节约能量的目的。     

水声信道传输特性研究

在海洋开发中,基于水声的应用系统得到越来越广泛的应用。本文对水声信号的传播速度、传播损失、海洋噪声、信号带宽、多径传播复、多普勒效应等方面的性能做了详细分析,明确了水声信号的传输特性,对于水声应用系统研发有参考作用。     

基于FBMP算法的水声信道估计

设计了一种基于贝叶斯压缩感知(bayesian compressing sensing,BCS)的水声信道(underwater acoustic channel,UWAC)估计方法,并具体采用快速贝叶斯匹配追踪算法(fast bayesian matching pursuit,FBMP)对水声正交频分复用(OFDM)通信系统下的信道脉冲响应进行估计。在水声信道中,信道的抽头的位置及系数通常分别服从伯努利和复高斯分布,利用这一先验知识,首先对抽头的位置进行检测,然后通过最小均方误差准则得到准确的信道估计。仿真分析了导频数量、信噪比对FBMP、正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)、变换域(discrete fourier transform,DFT)、最小二乘法(least square,LS)信道估计算法的性能的影响,仿真结果表明,在稀疏信道下,基于FBMP的信道估计方法明显优于OMP、DFT、LS信道估计方法。     

移动衰落信道的计算机仿真模型

讨论了移动衰落信道特点,研究了移动衰落信道的模型,主要分析了模型中复乘性因子的产生方法,之后给出了产生该复乘性因子的计算机仿真模型,最后对于模型中有色高斯信号的产生进行了计算机仿真。     

一种水声信道自适应均衡算法研究

由声波传播的多途效应所引起的码间干扰及信号衰落,使得水下数据传输的速率和可靠性都大大降低。针对多途干扰严重的水声信道,将一种基于最小均方误差算法的信道自适应均衡器应用于水声信号处理中。对该均衡器的基本理论及其结构进行了归纳,结合水声多途信道的基本特点,建立了仿真模型,重点分析了步长参数、信噪比等对算法收敛速度和稳态误差等方面性能的影响,为实现高质量的水下信息传递提供技术支持。     

水声探测系统目标回波信号仿真技术研究

目标回波信号是水声探测系统主要的信息来源,在水声对抗仿真系统中,目标回波信号的仿真数据量又是制约仿真实时性的关键因素之一,因此,必须对目标回波信号进行深入研究,既要真实仿真出实际系统中目标回波信号的所有特征,又要满足仿真实时性的要求。提出了一种针对水声对抗仿真系统的目标回波仿真信号模型,该模型以窄带信号的复包络为基础,综合了实际系统中多普勒频移和频率补偿的影响,更具真实性和实用性。利用该模型具有采样频率低,仿真数据量小的优点,能够满足仿真系统实时性的要求。在水声对抗试验仿真系统中得到了很好的检验,具有广阔的应用前景。     

水声跳频通信系统抗干扰性能仿真研究

跳频通信系统与常规定频通信系统相比具有较强的抗干扰能力。在介绍水声跳频通信基本原理的基础上,分析了在部分频带干扰下的跳频通信系统的抗干扰性能,并提出利用信号分集技术解决部分频带干扰问题。借助MATLAB仿真工具,得到不同情况下的误码率．信噪比曲线,从而验证了理论分析的结果。     

基于AR模型的水声信道盲估计算法

给出了基于AR模型的水下通信系统模型,利用基于输出序列自相关阵的Levinson-Durbin递推算法,在不需要训练序列的条件下估计得到信道传递函数,并恢复出原信号。与基于高阶统计特性方法相比,该算法运算复杂度低,估计速度快,更适合高速数据传输信道的估计。通过对水声信道参数盲估计的计算机仿真,验证了该算法具有较高的精度。     

改进的水声信道载波恢复盲均衡算法

为提高修正的常数模算法(MCMA)的收敛速度,进一步降低算法的剩余均方误差,提出了3种改进的盲均衡算法,既保留了MCMA算法载波恢复的功能,又不同程度地提高了MCMA算法的收敛速度。最后通过水声信道仿真,对这些算法的性能进行了验证和比较。     

水声通信网的研究进展及其应用

随着现代"网络中心战"理论的完善,现代立体化信息战争已从传统的空天地战场延伸至海面以下战场。水声通信技术是构建水下通信网络的有效手段,是构建立体化战争、立体化作战平台的必要技术。首先分析了水下通信与水声网络的特点和发展现状。其次,结合美国海军在水声通信网络的实验研究成果,以及国内在该领域内取得的研究进展情况,展望了水声通信网络在现代海军建设中的应用前景。     

MFSK水声远程通信技术及试验研究

海洋水声信道是多途、时变和频散的信道。论文针对浅海远程80～100km,设计出基于MFSK高数据率水声远程信息传输最佳系统。本系统经湖试验证表明:该技术在远程通信恶劣条件下具有较强抗多径干扰和信道衰落能力,对同步精度要求低,可实现80～100km,40bit/s,10-4量级通信精度的信息可靠传输,性能稳健,易于工程实现。     

水声通信网络介质访问控制协议的设计与仿真

采用OPNET平台对水声通信网络节点模型与介质访问控制协议进行了设计与实现,并重点研究建立了基于忙时间改进网络分配向量帧冲突处理机制的水声通信网络协议——UMACAW。同时建立并测试了包含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,MAC层采用UMACAW协议能更好地克服冲突,减少节点间端对端传输延时,从而获得更高水声通信网络的吞吐量。     

适用于水声信道的快速判决反馈盲均衡算法研究

基于对常数模判决反馈算法(CMDFE)进行分析,提出了一种能够快速收敛的判决反馈盲均衡算法。该算法中构造了一种与常数模算法不同的、能够快速收敛的误差函数,并利用该误差函数对前向权进行调整,而反馈权的调整仍使用常数模误差项。前向权和反馈权系数的更新取不同的步长值。最后通过水声信道模型仿真,对这几种算法进行了数值分析研究。结果表明：所提出的算法可有效地实现对多途水声信道的均衡,并且其收敛速度高于常数模算法和常模判决反馈算法。