基于双向判决反馈均衡器的水声通信海试试验研究

将被动时间反转镜（PTRM）技术与双向判决反馈均衡器（DFE）相结合,设计并实现了高可靠性的单载波水声通信解码方案。接收端采用PTRM压缩信道多途结构,聚焦信号能量;利用双向DFE将传统DFE和反向DFE输出结果合并,进一步降低错误判决的概率,提高系统稳健性。在时不变浅海水声信道环境中,开展的水声通信试验数据处理结果表明：与传统DFE相比,双向DFE能够获得一定的处理增益,5 km、7 km和10 km通信距离上的均衡后输出信噪比分别提高了2.74 dB、 2.36 dB和1.54 dB,有效改善了解码性能。     

单载波系统的非线性频域均衡技术

单载波频域均衡(SC-FDE)和正交频分复用(OFDM)具有相似的结构和性能,但SC-FDE克服了OFDM的频偏敏感、高峰均功率比的不足,非常适合高速宽带数据传输。当SC-FDE采用非线性均衡时其性能甚至优于OFDM。介绍了SC-FDE系统收发模型,综述了近年来出现的各种单载波系统的非线性频域均衡技术,并对比分析了单载波系统与多载波系统的优缺点。     

循环后缀在水声时反正交频分复用系统中的应用研究

受声速梯度分布、收发节点相对位置等因素影响,水声信道中存在能量最强的多途信号不是最先到达接收端的情况,此情况下对于正交频分复用（OFDM）通信若单一添加循环前缀作保护间隔,在以接收功率最强信号作定时同步时基时,当前符号内信息会受到下一符号信息的污染,进行快速傅里叶变换（FFT）的数据除了本符号数据外还包括了下一符号的循环前缀数据,从而破坏了子载波间正交性,也引入了符号间干扰,导致通信性能下降。为此提出在原有的OFDM数据结构中添加循环后缀,以保证FFT操作的数据为当前符号内信息,即使定时不精确产生k个采样点的偏差,也只是相位偏转2πnk/N,差分编解码技术即可完成相位补偿和校正,保护了子载波间的正交性;同时提出将循环后缀与时间反转镜技术相结合应用于水声OFDM通信系统中,抑制时反信道主峰两侧旁瓣引起的等效多途影响,使得时间反转镜技术适用于OFDM系统,提高系统性能。理论分析和仿真研究验证了循环后缀应用于水声OFDM通信系统的可行性和有效性。     

单载波频域均衡技术及其在水声通信中的应用

论述了水声通信单载波频域均衡（SC-FDE）的基本原理、系统框架以及在SC-FDE系统中所采用的基于导频的最小平方（LS）信道估计方法。针对水声通信信道的特点，分别对SC-FDE和OFDM在相同多径效应和多普勒频移条件下的性能进行了分析，结果表明：在较高信噪比条件下，SC-FDE可比OFDM更有效地对抗多径和多普勒频移的影响。此外，SC-FDE还能克服OFDM存在的峰平功率比（PAR）过大的问题。该技术在水声通信中有良好的应用前景。     

多输入多输出正交频分复用浅海水声通信打孔判决反馈信道估计算法

主要研究多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)水声通信判决反馈信道估计技术。针对传统判决反馈信道估计算法在非高斯加性噪声环境下跟踪估计缓慢时变水声信道存在误码遗传的缺点,提出了水声通信打孔判决反馈信道估计算法。利用级联码解编码信息评价水声信道频域响应估计值的可靠性,删除偏差明显的频域子信道,结合插值等手段恢复完整的信道频域响应,作为信道反馈信息。仿真和水池实验结果表明,基于打孔技术的判决反馈信道估计算法相较传统算法能够更好地抑制误码遗传,对抗突发噪声,跟踪信道的缓慢时变,提高水声通信质量。     

基于时间反转的单水听器被动定位技术研究

对基于时间反转镜的单水听器的被动定位技术原理进行了阐述,并通过数值仿真对其被动定位性能做出了分析。通过分析得知基于单声压水听器的时间反转镜定位方法可准确估计目标的距离与深度。同时对单矢量水听器与单声压水听器的定位性能做了对比,并给出了对比结果。     

单矢量差分幅度相移键控正交频分复用水声通信研究

为了在不牺牲通信带宽利用率的前提下,进一步提高水声通信质量,在描述高阶差分幅度相移键控调制技术和单矢量信号处理技术的基础上,基于矢量水听器和高阶差分调制技术,提出一种应用于正交频分复用（OFDM）通信体制中的高速水声通信系统。根据实际水域声速梯度真值,利用信道仿真软件建模实际水声信道,仿真研究通信系统在此信道下的通信性能。研究结果表明：对矢量水听器采集的声压和振速通道信号进行p+3v_c线性联合处理可获得增益,单矢量差分幅度相移键控OFDM通信系统比标量差分幅度相移键控OFDM系统的通信效果有明显改善,验证了该系统的可行性和优越性。     

基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究

针对水声通信中所采用的窄带信号传输距离近和抗干扰能力不足的问题,提出一种采用线性调频( LFM)作为载波信号,采用分数阶Fourier变换作为解码方式的水声通信方案.该方案采用在时域进行LFM信号的码元分割,在分数阶变换域借用脉冲位置调制(PPM)进行解码的方法进行通信,并通过Rake接收机进行路径分集接收抑制水声信道...     

时间反转镜被动定位技术对环境宽容性研究

以时间反转镜的特性为基础,介绍声压反转镜和矢量反转镜技术,对单传感器TRM被动定位技术的环境宽容性进行仿真分析。结果表明,海面声速分布差异会对时间反转镜的聚焦效果产生影响,对声压反转镜和矢量反转镜的影响不大,对水平方向和深度方向的影响亦不大。处理频带对该种失配条件下的TRM聚焦效果影响显著,高频段时对海面声速失配的稳健性低,低频段时,稳健性强。     

基于差分正交频分复用的水下语音通信应用研究

将差分正交频分复用( OFDM) 水声通信技术与混合激励线性预测语音编码技术相结合,设计并实现差分OFDM 水下语音通信系统,使其能够有效地对抗多途干扰,并具有低峰均比、高传输速率等优点,从而能够满足水下语音通信的速率要求。使用不同编码效率的信道编码,对系统的抗干扰能力进行了仿真,得到对应的信噪比和误码率的关系曲线,指出了编码效率的损失可提高系统的鲁棒性。对不同码率卷积码下的差分OFDM 水下语音通信进行了湖试研究,并在1/3 码率卷积码下比对采用块状导频的OFDM 水下语音通信,给出了相应的合成语言效果,验证了系统的有效性和优越性;在不同通信距离上验证了系统的鲁棒性。     

基于分布式时间反转处理技术的水下节点网络物理层方案研究

时间反转处理技术可以在不需要传感器阵列结构等先验知识的条件下,在非均匀介质中实现声束的自适应聚焦,应用于水声通信时,可以减轻由多径传播所引起的码间干扰,提高通信速率。传统的时间反转技术均需要一个垂直线列阵作为时反镜,增加了节点复杂度及成本,本文所提出的基于分布式时间反转法通信的网络物理层方案,充分利用网络中多个独立节点的自身资源,组成分布式时间反转镜,在保留传统时间反转法通信优良特性的前提下,不需要再设置垂直线列阵,降低了节点复杂度及成本,兼顾了网络通信速率、节点复杂度以及信息传输保密性的需求。利用海洋环境实测数据得到的仿真试验结果表明,提出的基于分布式时反技术的水下节点网络物理层可聚焦多径信号,减轻多径传播带所引起的码间干扰,其性能与传统时反法相当,若联合判决反馈均衡器则可进一步提高系统性能。     

滤波多音调制水声通信方法研究

针对正交频分复用调制(OFDM)在时变水声信道的影响下系统性能恶化的问题,将无线通信中一种新的多载波通信方法--滤波多音调制(FMT)引入到水声通信中,利用其子载波频谱的强约束性克服水声信道的时变环境引起的载波频偏,从而抑制系统的子载波间干扰(ICI);同时,在接收端采用基于信道估计的分数阶判决反馈均衡技术来有效补偿由...     

Study on M-ary Spread Spectrum Underwater Acoustic Communication

Aim at the low data rate of direct sequence spread spectrum underwater acoustic communication,a higher data rate spread spectrum system based on orthogonal sequences was designed.Lake tests were conducted and the results showed the data rate of 189 bps with BER less than 10^-4 and SNR about 0 dB in the range of 25 km.In order to improve the data rate of MNSS,a time overlapping method is introduced.The simulation results,based on the real channel model,show its robustness and relative data rate improvement with slight performance decrease if the number of sequences N is small.Meanwhile,a novel method for combining multipath messages using FFT/IFFT is also proposed to improve the performance of matched filters in underwater multipath environments.Simulation results show its effectiveness.     

基于凸优化的水下载体定位研究

基于单信标测距的定位方法,是水声定位技术一个新的研究方向,具有重要应用价值。针对单信标测距定位问题最小二乘结构,对高度非凸的测距定位方程首次提出了基于凸优化的解算方法。对带有误差的测距量测方程添加不等式约束条件,将其改写为有约束的解算方程;对目标函数和约束条件进行放射近似,将其进行凸化处理;引入松弛变量和罚函数,降低对迭代初值的敏感度。仿真结果表明：对于不同量级的初值误差,定位结果的差别在厘米量级,所提算法不需要可靠的初值即能迭代收敛得到高精度的定位结果;信标与圆形航迹的圆心距离越近,定位精度越高。通过湖上试验,进一步验证了所提算法的有效性。     

飞机间激光通信捕获过程中动态补偿算法研究

为有效地消除飞机间相对速度对捕获性能的影响,从阐明相对速度对捕获过程的影响机理入手,根据测量得到飞机平台的运动和振动数据,推导出动态补偿公式,提出了基于动态补偿的空间激光通信捕获算法,并对捕获算法的性能进行了对比分析。结果表明：相对速度严重影响捕获统计覆盖率;为了满足捕获统计覆盖率的要求,采用普通的捕获算法所需要的最大捕获时间和平均捕获时间明显增加;基于动态补偿的捕获算法能大大改善捕获系统的性能,提高捕获概率,减少捕获时间。     

基于几何精度衰减因子的单站无源定位精度分析方法

基于固定单站测量到达时差(TDOA)是一种有效的无源定位方法。针对现有文献缺乏对该方法定位精度的分析研究,提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精度分析方法。该方法首先提取影响TDOA定位精度的测量因子;然后分别以这些因子作为输入变量,根据GDOP,得到相对定位误差与影响定位结果的参数测量误差之间的变化关系以及可观测区域;最后再确定能否满足具体工程项目的定位精度和定位稳定性标准。仿真实验结果表明:该定位精度分析方法能够全面地评估方向到达时差(TDOA)的应用价值。通过该精度分析方法的验证,测量TDOA的固定单站无源定位方法具备较高的实用价值。