探测通信一体化研究现状与发展趋势

探测通信一体化将独立的探测与通信系统集成一起,通过共用一套硬件设备实现目标探测与信息传输功能,相比传统单一的探测与通信系统,其具有节约平台空间、降低平台能耗以及提高平台安全性等优点。首先介绍国内外陆上雷达通信一体化的相关研究,以及陆上与水下探测通信一体化的区别。结合水声传感网络的应用背景,借鉴雷达通信一体化研究技术,针对探测通信一体化亟需解决的共享波形设计、自干扰抑制以及共享信号处理三个问题,讨论了水下探测通信一体化在单基地、双基地、信息化、安全性方面的发展应用。无论是陆上还是水下,探测与通信作为信息系统的两大功能,两者的一体化设计是系统集成化、信息化、智能化的发展趋势之一。      

空中对水下平台激光声通信技术的探讨

空中与水下目标间的通信是世界各国正在研究的一个重要但又未完全解决的问题,探讨了一种将激光通信信道、水声信道相结合的空中至水下平台的激光声通信模式,并研究了激光声通信特点及激光声信号的激发机理,建立了激光声通信实验测量系统,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.结论:激光一声通信模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;调节激光参数可对通信的激光声信号进行控制.研究结果有助于激光声在海洋中的通信应用.     

水声测距通信一体化技术分析及试验

根据水声导航与通信一体化设计需求,分析了水声测距通信一体化的技术体制,对水声测距通信一体化共用同步头做了比较,并对线性调频、双曲线调频、伪随机扩频3种同步方式下的测距误差及误码率进行仿真分析,最后采用伪随机扩频同步头的水声modem实物开展水池测试试验,结果表明,采用9阶的m序扩频码时间分辨率为0.5 ms,水声测距通信一体化的测距和通信性能满足预期。水声测距通信一体化技术研究有助于将来研制小型化的水下多功能一体化水声设备。     

水下综合通信定位识别一体化体系建模研究

针对未来联合作战条件下,水下多平台协同作战面临的网络化信息保障问题,提出一种面向服务的体系架构建模方法,采用不同视图形式对作战资源、节点关系、信息流向进行描述,建立完整的水下综合通信定位识别一体化模型,为提高水下综合通信定位识别一体化信息综合处理与应用能力,改进作战环节提供技术基础。     

码分多址在水下定位中的应用

水下定位是一个通信的过程,其成败取决于水声定位信号的优劣,即该信号的稳定性和获取技术。介绍了一种基于码分多址的水下定位信号技术。该设计简单,较大地降低了水下通信的功耗,提高了功率利用率,较容易地实现了定位信息的发射,可靠性高,能够很方便地应用到多个基站。本文通过基于FPGA芯片实现分频电路,M序列、正弦波产生电路,给出...     

水声通信系统中信号同步的一种实现方法

水声通信技术是解决水下信息传送和处理的关键技术,它广泛应用于水下自治机器人(AUV)、水下通讯网络、遥控和目标检测等领域.由于水下恶劣传输条件的影响,水声通信系统中同步信号的处理是系统的一个关键问题.本文介绍了一种简单的水声通信方案的设计,重点分析了采用同步脉冲信号通信体制的位同步、帧同步实现方法.     

时频分析与小波变换在水声定位中的应用

文章研究一种基于联合时频小波分析的水声目标识别和定位方法。先深入研究时频分析和小波变换的基本原理,构建联合时频小波域的特征表示,再使用MATLAB软件对模拟的水声信号进行实验,并通过添加噪声模拟实际环境。实验结果表明,联合时频小波分析在水声目标识别和定位中表现出良好的性能,特别在噪声环境下表现出良好的健壮性。通过分析目标识别函数和归一化目标识别函数成功定位水下目标,验证了方法的有效性,为水声信号处理提供了一种新的分析方法,为实际应用中的目标检测与定位提供了有益参考。     

改进的卷积神经网络实现端到端的水下目标自动识别

由于水声信号的高度复杂性，基于特征工程的传统水下目标识别方法表现欠佳。基于深度学习模型的水下目标识别方法可有效减少由于特征提取过程带来的水声信号信息损失，进而提高水下目标识别效果。本文提出一种适用于水下目标识别场景的卷积神经网络结构，即在卷积模块化设计中引入卷积核为1的卷积层，更大程度地保留水声信号局部特征，且降低模型的复杂程度；同时，以全局平均池化层替代全连接层的方式构造基于特征图对应的特征向量主导分类结果的网络结构，使结果更具可解释性，且减少训练参数降低过拟合风险。实验结果表明该方法得到的水下目标识别准确率（91.7%）要优于基于传统卷积神经网络（69.8%）和基于高阶统计量特征的传统方法识别表现（85%）。这说明本文提出的模型能更好保留水声信号的时域结构，进而提高分类识别效果。      

基于DDS的多载波水声通信信号发生器的实现

根据水下远程通信系统对信号发射的要求,设计并实现了由FPGA和DSP组成的水下声通信信号发生器。采用直接数字合成（DDS）方法,实现了多载波频移键控（MFSK）和正交频分复用（OFDM）2种水声远程通信复杂信号。实验结果表明,该系统性能稳定,能够满足水声通信系统对发射信号的实时发生要求。     

组合传感器在水声通信中的应用

文章深入探讨了组合传感器在水声通信中的具体应用,特别是在环境监测与数据采集、信号优化与干扰管理、导航与定位以及水下监控与安全等方面,并分析了组合传感器在实际应用中面临的挑战,包括技术集成的复杂性、环境适应性、数据处理以及能源管理等问题。本研究旨在为水声通信领域的技术发展提供新的视角和思考,以促进相关技术的进一步应用。     

基于约束最大后验估计的水下航行器组合定位算法

针对水下航行器声学/航位推算组合定位系统,利用声信标与水下航行器间的几何定位结构关系,构建获得水下声学距离量测等式与不等式约束条件,通过最大后验(MAP)估计准则与标准扩展Kalman滤波(EKF)方法相结合,设计出声学距离量测约束下的水下航行器组合定位算法,实现了水声距离量测与航位推算信息的有效融合.数值仿真试验结果...     

水下自主定位中数字相关器的设计

针对水下自主定位系统的要求和水下环境的特殊性,为降低对检测水声定位信号的复杂度和资源消耗,得到实时、快速、准确的时延信息,对水声定位信号进行了基于频谱扩展原理的编码设计,并根据定位信号的特点,借鉴传统数字相关器的设计,利用VHDL语言设计实现了一种基于频谱扩展原理结构简单的数字相关器.仿真结果表明该数字相关器具有快速、...     

水声收发实验系统设计与实现

根据科研需要完成了水声收发试验系统的设计与工程实现,它可实现主动、被动水声信号的产生、发射、接收、处理与显示等功能。其中,主动水声信号的波形及参数可任意设置,被动信号的产生包括实际采集数据和利用模型产生的数据,信号的显示包括时域和频域波形。该系统利用CVI（C for Virtual Instruments）技术完成了系统界面设计和控制,利用DAQ（数据采集）模块完成了A／D转换、D／A转换,将低噪声放大器件和FPGA（现场可编程门阵列）结合完成了低噪声放大和数字滤波,将有源功率放大器件和单片机结合完成了数控功率放大器设计。系统经调试满足设计要求,具有结构简单、性价比高、扩展性好等特点。     

水声收发实验系统设计与实现

根据科研需要完成了水声收发试验系统的设计与工程实现,它可实现主动、被动水声信号的产生、发射、接收、处理与显示等功能。其中,主动水声信号的波形及参数可任意设置,被动信号的产生包括实际采集数据和利用模型产生的数据,信号的显示包括时域和频域波形。该系统利用CVI技术完成了系统界面设计和控制,利用DAQ完成了A／D、D／A转化,将低噪声放大器件和FPGA结合完成了低噪声放大和数字滤波,将有源功率放大器件和单片机结合完成了数控功率放大器设计。系统经调试满足设计要求,具有结构简单、效费比高、扩展性好等特点。     

基于单浮标的水声/惯性组合导航定位与试验验证

惯性导航由于其无源、自主等优点,在水下导航中处于中心地位,但惯性导航误差随时间增大,很难长时间提供精确的导航信息.针对此问题,本文提出一种基于单浮标的水声/惯性组合导航定位方法,借助水下潜航器的速度和方位信息,通过实际浮标和3个虚拟浮标的位置以及与水下潜航器之间的4个距离观测量,采用长基线导航定位技术,实现水下潜航器导...     

一种水声信号的模拟研究和检测

为了实现对水下目标的定位,提出一种CW信号与LFM信号组合的水声信号机制,并完成了模拟检测。该信号机制中CW信号用于测距,LFM信号用于测深。一组帧信号与三组行信号组合,共同完成目标定位,并且有效减小误差。仿真结果表明,该信号机制在水声信道中能有效的传输,被检测及实现定位要求。     

基于水声器耦合的低频功率放大器的设计

低频功率放大器作为电子设备的后级放大电路,它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作,获得良好的声音效果。基于此,设计了水声信号发生系统中的低频功率放大电路,该电路以前级放大芯片NE532、功率放大,TDA2030芯片和直流稳压电源为核心,实现了对小信号的功率放大,经multisim仿真,该电路工作稳定正常,输出波形无失真,在输出功率以及放大增益等方面均满足设计要求。     

长基线/超短基线组合系统抗异常值定位技术研究

复杂的水下环境对水声定位系统的容错性及可靠性提出较高要求,对于长基线/超短基线组合水声定位系统,该文提出基于k-means聚类和决策融合的抗异常参量定位方法(KMCDF)。该方法首先通过组合定位系统测量的多参量冗余信息对目标位置进行初步测量,再利用k-means聚类对初测值的聚集度进行分析,根据异常参量与正常参量间的不相容性,采用决策融合方法对异常参量进行识别,进而消除异常值对定位结果的影响。仿真分析表明,与现有的基于时延参量的抗异常值方法相比,提出的抗异常值定位方法充分融合了多参量观测信息,对异常值的容忍度较高。湖试结果进一步验证了该方法的有效性。     

联合波形重构的数字调制信号直接定位方法

直接定位(Direct Position Determination, DPD)算法相比于传统两步定位法,在低信噪比和复杂环境下具备更高定位精度和更强鲁棒性。研究表明加入信号波形信息能够有效提升DPD算法定位精度,但在实际无源定位场景中信号波形往往难以先验已知,未知信号波形的DPD算法精度受限。针对这一问题,本文围绕无源定位系统中普遍存在的调制方式已知,但符号信息未知的数字调制信号,提出一种联合波形重构的数字调制信号直接定位(Direct Position Determination for digital Modulation signals, MDPD)方法。该方法依据最大似然准则,基于调制信号成型、接收阵列与辐射源位置几何关系,构建阵列接收信号关于信源符号和位置参数联合估计的代价函数,利用交替迭代降低信号高维搜索给参数联合估计带来的计算复杂度。仿真实验结果验证了联合波形重构的MDPD算法可行性,同时通过与已有两类定位算法的对比实验,得到本文MDPD可以达到更高定位精度,并在信噪比增加时收敛到渐进最优定位精度。