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。     

AUV水声跳频通信调制解调器的设计与实现

在复杂时变水声通信环境中非相干FH-FSK调制解调技术是一种较为稳健、可靠的通信方式,适合于低速、高可靠的水声设备遥控等应用场合,如水面船遥控高速运动的水下智能机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)。但也面临着以下困难:1)高速运动带来的多普勒会严重恶化通信系统性能;2)为节省能耗,AUV依据通信需求可对通信单元进行经常性的上电与断电操作,导致异步单工工作模式下水面与水下通信节点之间很难协调工作。针对以上问题,提出了采用脉冲对技术进行可靠多普勒估计,并采用线性插值技术进行高效多普勒补偿;结合通信节点板载高精度时钟以及设计的声链路同步机制有效地解决了AUV和水面控制船之间的双向链路建立与数据传输工作。基于OMAP-L138双核处理器平台设计与实现了FH-FSK的水声调制解调器的样机,湖上实验结果表明提出的传输控制协议可保证通信节点之间的通信链路随机建立和断开,结果证明所设计的样机稳定、可靠。     

水声换能器动态校准试验环境的设计

为了准确地对水声换能器进行动态校准，必须要具有声-振复合试验环境。本文提出了一种水声换能器动态校准的试验环境设计方案，并给出了整个动态校准系统总体设计思路。分析了实现试验环境各部分的设计要点，重点介绍了本试验环境的关键设备一水下振动台的设计方案。针对具体试验环境，主要包括稳定正弦振动试验和随机振动试验进行了分析研究。本研究将为更加复杂的声振环境研究提供准备。     

稀土—铁系超磁致伸缩材料水声换能器的研制

本文对稀土－铁系超磁致伸缩材料在水声换能错（大功率低频声纳）中的应用进行了探讨。研制的水声换能器样机采用预应力结构，其振动核心为一根φ０．０１×Ｌ０．０５ｍ的稀土－铁系超磁致伸缩材料棒；该换能器具有低频（２．４ｋＨｚ）、频带宽（８００Ｈｚ）、发射电流灵敏度高（Ｓｉ＝１７３ｄＢ）、电声效率高（η（ｅａ）＝４５％）等特性，说明了稀土－铁系超磁致伸缩材料适用于低频大功率水声换能器。     

基于Aqua-Sim的水声传感器网络MAC层协议分析

分析了水声传感器网络中MAC层协议的特点和分类.利用基于NS2的Aqua-Sim水声网络仿真模拟软件仿真了Broadcast MAC协议和R-MAC协议在五个节点的集中式拓扑结构的水声传感器网络中的传输过程,分析比较了两种协议在平均数据包延时、平均能量消耗以及平均吞吐量上的异同.得出在集中式拓扑结构的水声传感器子网中,Broadcast MAC协议更适合于要求较高吞吐量的应用环境,而R-MAC协议更适合于在能量消耗方面有严格要求的应用环境.     

LDPC码在基于FH-FSK的AUV水声通信系统中的应用

水声信道严重的多途干扰和频率选择性衰落,将增加水声FH-FSK系统的平均误码率.此外,由于自主式水下交通工具(AUV)平台的运动特性,接收信号易产生时间选择性衰落,在接收端产生成串的突发错误甚至导致通信的中断.以上两方面因素将降低移动FH-FSK系统的可靠性,针对此问题,将多元低密度奇偶校验(LDPC)码与FH-FSK系统相结合,提出了一种基于多元LDPC码的水声FH-FSK系统.对比了基于二元LDPC码的FH-FSK系统与基于卷积码的FH-FSK系统的抗干扰性能,实验结果表明:前者具有更强的抗干扰能力.对比了基于多元LDPC码的FH-FSK系统与基于二元LDPC码的FH-FSK系统,仿真与实验结果表明:基于多元LDPC码的FH-FSK系统具有更强的抗干扰能力,可以进一步提高FH-FSK系统的可靠性.     

能量平衡和延迟约束的水声网络路由协议

水声网络路由协议是水声网络研究的一个热点问题。水声网络路由协议面临着节点能量有限、带宽窄、高传播延迟等的限制。本文从能量和延迟角度出发,设计了一种能量平衡和延迟约束的路由协议。该协议通过感知周边节点能量和负载,使得节点在选择转发节点时尽量选择剩余能量高的节点,同时在网络负载较高时能有效避开网络拥塞区域,从而在能量均衡的同时降低数据包的端到端延迟。     

分层海洋中求取本征声线数值方法研究

对分层海洋中本征声线的求取方法进行了改进.在本征声线模型基础上,分别利用二分法、单点弦截法对初始掠射角进行了精确计算和分析,结果表明,单点弦截法在保证精度的基础上节省了计算时间.计算结果可以为分层海洋本征声线建模提供理论依据.     

水下仿真中声信号可视化研究

为满足水声对抗视景仿真中水声信号的实时可视化需求,基于OpenGL三维图形编程语言和多线程技术,实现了对水声信号类型、频谱的嵌入和单独窗口的绘制;根据正方形均匀平面阵接收波束旋转对称的结构,提出水平切分的方法,利用GL的二次几何体"Cylinder"实现了对其波束的绘制,并对波束增益、功率、状态等参数进行了可视化映射,然后用GL的显示列表进行了优化;俯视图中通过适当可视化映射,实现了搜索扇面的绘制.最后将其嵌入到利用OpenGVS 搭建的多通道水声对抗视景仿真环境中,实现了在视景中的实时同步显示.     

水声CDMA多用户通信系统仿真研究

针对水声环境通信系统码间干扰和相位偏移问题是水下多用户通信面临的主要问题,水下有限的发射功率使接收机对远距离用户信号的接收性能较低。提出了一种水声码分多址多用户通信系统,系统采用多输入多输出(M IMO)判决反馈均衡器补偿码间干扰、抑制多址干扰,同时利用扩频增益提高接收性能并进行仿真验证。计算机仿真结果表明,当扩频码长度为15、输入信噪比为16dB、远距离用户信号功率比近距离用户低14dB时,接收机能够对各用户信号无误码地接收,证明了系统的有效性。