并行组合扩频技术在水声通信中的应用

并行组合扩频技术是最近几年发展起来的具有较高的传输效率和频带利用率的一种软扩频通信方式,适合于在军事保密通信、猝发通信以及频带受限的环境中使用.重点研究了并行组合扩频技术的原理,并首次提出将其应用到水声通信领域中,在仿真环境下构建了并行组合扩频水声通信系统,不但大幅度改善了以往水声扩频通信系统传输效率不高的问题,并且通过与映射序列扩频方式的结合,还可使发射信号恒包络,从而明显改善其峰值平均功率比.最后,通过仿真实验结果,验证了该通信系统在中远程浅海水声信道中的稳定性和可靠性.     

一种稳健的水声差分跳频通信体制

基于水下目标的通信保密、安全可靠性要求,提出一种新的水声差分跳频通信体制,与传统跳频通信不同,它是利用相邻跳频调制信息.通过分析其频率转移函数的构造方法和差分跳频信号的多途特征,提出一种基于自相关的短时傅里叶变换的跳频检测方法,并利用Viterbi算法纠正部分错码.仿真结果表明,该文提出的通信体制和检测方法能有效的克服水下干扰、多途和多普勒频偏,在较低信噪比下,仍有较好的误码性能,适用于水下安全保密通信场合.     

声屏蔽水下多址接入研究

针对水下多用户通信中存在的多址干扰问题,提出一种基于声屏蔽的多址接入方法。声屏蔽是利用不同信源与接收阵之间的多途信道差异实现多址接入的。通过对接收信号的屏蔽聚焦处理,使得多址干扰被有效抑制,信源信号被时反聚焦后得到增强,多途影响将明显减弱。将声屏蔽与正交频分复用(OFDM)结合,设计出了基于声屏蔽的OFDM多用户通信系统,该系统可以在不占用额外带宽的条件下实现多用户通信。通过理论分析和仿真研究表明:声屏蔽不仅能够抑制多址干扰,同时也对期望信号进行聚焦,可以有效提高通信系统的数据吞吐量,降低误码率。此外,声屏蔽允许在同一方向上对不同用户同时通信。     

差分Pattern时延差编码水声通信技术研究

基于传统Pattern时延差编码提出一种采用非固定码元宽度的差分编码方式(DPDS),以相邻码元时间差值携带信息,利用不同线性调频信号来实现码元分割,具有较好的抗码间干扰和抗多普勒的能力。通过计算机仿真研究及湖试实验,验证了DPDS系统可提高通信速率,可抑制信道多途效应产生的码间干扰和多普勒效应产生的时间漂移,具有很好的有效性和稳健性。     

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。     

基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术研究

为解决主动声纳系统易暴露、隐蔽性差的问题,提出一种基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术。在发射端将线性调频探测信号隐蔽在海豚whistle信号中,设计了一种主动声纳的仿生隐蔽探测信号,该信号与海洋中的海豚哨叫声十分相似,可以利用海洋中的生物环境噪声实现主动声纳的隐蔽探测。在接收端选用自适应相关器作为主动声纳的时域处理器,自适应相关器对海洋环境有较强的匹配适应能力,可以自动匹配海洋信道,有效抑制多途扩展损失,相较匹配滤波器有更高的信噪比处理增益,有助于实现远距离探测。仿真和海试结果表明,基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术具有良好的隐蔽性和有效性。     

二元阵被动时间反转镜定位技术研究

运用射线传播理论分析推导了二元被动时间反转镜定位技术的基本原理,得出了当模拟信道与实际信道建模误差不大时,时间反转镜实现了信道匹配、空间增益达到最大且实现了被动定位的结论;反之,信道匹配不好或不匹配,产生空间增益下降或没有空间增益的现象,影响到定位效果和定位精度．运用时间反转镜技术,进行了仿真信号和海试数据的分析处理,结果表明：该方法能实现目标被动定位,而且,对仿真数据处理的定位精度10km距离处达到数米以内,具有广阔的应用前景和研究价值．     

时间反转镜在水声通信网上行通信中的应用

基于声信道物理属性,提出利用位于不同水平距离、深度的用户间声信道弱相关特性,将单阵元虚拟式时间反转镜(VTRM)应用于水声通信网的上行通信,可以聚焦期望用户信息、屏蔽非期望用户信息,并可抑制码间干扰、提高信噪比. 仿真研究表明,当各用户信道间互相关性弱时,单阵元VTRM可有效分离各用户信息,有助于实现网络化水声通信.     

基于分数阶Fourier变换的正交多载波水声通信系统研究

针对传统OFDM系统在应对深度频率选择性衰落信道时性能下降和多普勒频偏造成子载波相互干扰的问题,提出采用正交的线性调频(LFM)信号作为载波,基于分数阶Fourier变换(FRFT)的正交多载波水声通信方案。该方案选用相同调频斜率,不同中心频率,频带相互重叠的正交LFM作为子载波进行信息调制,以分数阶Fourier变换作为调制解调方法来传输信息。为应对水声信道的多途效应,采用在数据帧与帧之间插入保护间隔(GI)来减小码间干扰。提出结合QDPSK和分数阶域载波位置修正抑制多普勒效应,简化系统复杂度。该方案最高通信速率可达3.6kbit/s,通过仿真研究和湖试实验验证了该方案的有效性与可行性。