浅海水声信道MIMO通信（英文）

Underwater acoustic channels pose a great difficulty for the development of high speed communication due to highly limited band-width as well as hostile multipath interference. Enlightened by rapid progress of multiple-input multiple-output(MIMO) technologies in wireless communication scenarios, MIMO systems offer a potential solution by enabling multiple spatially parallel communication channels to improve communication performance as well as capacity. For MIMO acoustic communications, deep sea channels offer substantial spatial diversity among multiple channels that can be exploited to address simultaneous multipath and co-channel interference. At the same time, there are increasing requirements for high speed underwater communication in very shallow water area(for example, a depth less than 10 m). In this paper, a space-time multichannel adaptive receiver consisting of multiple decision feedback equalizers(DFE) is adopted as the receiver for a very shallow water MIMO acoustic communication system. The performance of multichannel DFE receivers with relatively small number of receiving elements are analyzed and compared with that of the multichannel time reversal receiver to evaluate the impact of limited spatial diversity on multi-channel equalization and time reversal processing. The results of sea trials in a very shallow water channel are presented to demonstrate the feasibility of very shallow water MIMO acoustic communication.     

浅海信道调频水声语音通信方法比较

水声语音通信在海洋工程、海洋科考、水下搜救等领域具有广泛应用。与单边带通信、数字编码调制通信相比,调频水声语音通信具有实现简单方便、抗幅度衰落性能好的特点,但浅海水声信道具有的复杂多径效应及噪声严重影响其获得的语音音质,容易出现语音含混、语义难辨等问题。本文通过浅海不同距离、不同多径信道下的海试实验比较了采用非线性解调法和正交解调法的调频语音通信性能,并通过客观语音质量评估PESQ(Perceptual evaluation of speech quality)方法对调频水声语音通信音质进行量化评估。     

水声通信及其在潜艇通信中的应用

介绍了水声通信的特点、系统组成和发展现状,提出了采用水声通信作为水下中、远距离通信手段的结论;分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,探讨基于水声的水下无线通信在海军潜艇通信应用的前景。     

一种基于声学定位/航位推算的水下导航定位方法

受环境影响,声学定位系统输出的位置信息波动较大,还会出现数据跳变或丢失现象,严重影响了水下载体的定位精度。针对此问题,提出一种基于声学定位/航位推算的组合导航方案,该方案在组合滤波前对声学定位系统输出数据可用性进行判断,进而选择不同的导航方式。采用计算机仿真和海试实验对研究方法进行了验证,结果表明,该方法能有效融合两种导航系统的优点,平滑声学定位系统数据的波动,且当声学定位系统输出异常时,水下载体短时间内还能保持较高的定位精度。     

浅海水声通信中纠错编码的应用

针对复杂多变、强多途和起伏干扰的浅海水声信道,建立了基于BELLHOP射线模型的时变衰落水声信道模型。在此基础上通过系统仿真的方法,分析了卷积码、RS码和串行级联码3种纠错编码方案在水声跳频通信系统中的性能,给出了信道下的仿真结果并进行了对比分析;研究了交织器位置对串行级联码纠错性能的影响。结果表明,交织器位于串行级联码编码之后具有更强的纠错能力,适合复杂多变的水声衰落信道。     

基于选择性合并频率分集的多载频盲均衡算法

水声信道的多径传播和衰落特性常在接收端引起码间干扰,严重影响了水声通信质量.为了减少码间干扰,提高通信质量,在分析频率分集技术和常数模盲均衡性能的基础上,提出了一种基于选择性合并频率分集的常数模盲均衡算法(SC-CMA).该算法利用了频率分集来减少衰落的影响,克服码间干扰,具有收敛速度快、均方误差小的特点.计算机仿真结果,验证了该算法的有效性.     

Application of frequency estimation algorithm based on a single vector sensor in underwater acoustic communication

1 Introduction1 An acoustic vector sensor (AVS) simultaneously measures the acoustic pressure and the components of acoustic particle velocity which render the basis for developing new signal processing methods[1-2]. The higher processing gain can be obta…     

基于FPGA的水下声脉冲通信PPM系统设计

在水下通信领域,由于物理场的限制,以声波作为载体的水声通信是解决水下远距离信息传输的唯一方法。水下声脉冲通信的发展对调制技术提出了更高的要求,脉冲位置调制（PPM）有较高的平功率利用率和传输速率,能够很好地满足实际需求。该设计介绍了脉冲位置调制的原理,详细阐述了脉冲位置调制解调设计方法并基于FPGA对PPM调制解调进行了设计,并用Quartus软件进行时序仿真,验证了设计的正确性。     

水声MIMO-OFDM通信系统中基于导频的信道估计算法研究

正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)的结合可以有效地对抗多径衰落和码间干扰,大幅度提高水声通信系统的信道容量和传输效率,在高速水声通信中有着重要的发展前景。在分析梳状导频水声MIMO-OFDM通信原理的基础上,结合水声通信及信道传播特点,建立了信道模型,研究水声MIMO-OFDM系统中的信道估计原理和LS(最小平方误差)、MMSE(最小均方误差)算法。通过仿真试验比较两种算法在信道估计中的性能差异,为实际系统设计提供了理论参考。     

OFDM高速水声移动通信系统方案设计(英文)

The major constraint on the performance of orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) based underwater acoustic(UWA) communication is to keep subcarriers orthogonal.In this paper,Doppler estimation and the respective compensation technique along with various diversity techniques were deliberated for OFDM-based systems best suited for underwater wireless information exchange.In practice,for mobile communication,adjustment and tuning of transducers in order to get spatial diversity is extremely difficult.Considering the relatively low coherence bandwidth in UWA,the frequency diversity design with the Doppler compensation function was elaborated here.The outfield experiments of mobile underwater acoustic communication(UWAC) based on OFDM were carried out with 0.17 bit/(sHz) spectral efficiency.The validity and the dependability of the scheme were also analyzed.     

水下运载体集群定位导航信息生成技术研究

水下运载体集群多目标协同活动条件下,实时获取多目标准确定位导航信息,是完成任务的重要保障。本文介绍了水声定位技术的几种类型,分析了用惯性/水声组合导航技术解决此问题的可行性,文章最后给出了水下运载体集群多目标定位导航信息生成方案。     

基于改进BOMP算法的水声信道估计

近年来,水声信道估计主要是基于稀疏模型展开.水声介质的非均匀性等使声线以簇的形式传播,导致水声信道展现出块结构稀疏特性.本文针对信道的块结构稀疏特性,在OFDM通信系统中,提出使用改进的BOMP算法进行水声信道估计.BOMP算法一次筛选1个最大相关块,改进的算法一次挑选t个非零块,算法重构时间将降低t倍.仿真结果表明:改进的BOMP算法误码率和重构时间要优于传统的LS、基于压缩感知的OMP算法;在不降低BOMP算法重构精度的前提下,将重构时间降低t倍.     

一种基于混沌序列的短时猝发水声通信方法

传统的水声通信发射信号持续时间长,隐蔽性差和抗干扰能力差。文中设计了一种短时猝发的扩频通信方法,用优选后的混沌序列作为多进制扩频通信的伪随机序列,并将同步信号和数据信息分别放置在不同的子通道上,极大地压缩了发射信号时长。仿真结果表明该方法能大大提高水声通信的抗扰和隐蔽性能。     

水下目标深度测量误差源分析

首先研究了在深海环境下,采用基于三阵元垂直线列阵的水声探测系统进行水下目标深度测量的基本原理.然后从随机误差和阵元配置偏差的角度,对水下目标深度测量的误差源进行了理论分析,并推导了相关公式.此外,对于相干多途水声信道干扰给水下目标深度测量精度的影响,也作了初步的理论分析.通过仿真实验,总结出各误差源对水下目标深度测量精度影响的规律,研究结果为进一步开展水下目标深度测量研究、提高测量精度奠定了基础.     

基于线性预测方法的水声信道最小均方误差盲均衡

The problem of blind adaptive equalization of underwater single-input multiple-output (SIMO) acoustic channels was analyzed by using the linear prediction method.Minimum mean square error (MMSE) blind equalizers with arbitrary delay were described on a basis of channel identification.Two methods for calculating linear MMSE equalizers were proposed.One was based on full channel identification and realized using RLS adaptive algorithms,and the other was based on the zero-delay MMSE equalizer and realized using LMS and RLS adaptive algorithms,respectively.Performance of the three proposed algorithms and comparison with two existing zero-forcing (ZF) equalization algorithms were investigated by simulations utilizing two underwater acoustic channels.The results show that the proposed algorithms are robust enough to channel order mismatch.They have almost the same performance as the corresponding ZF algorithms under a high signal-to-noise (SNR) ratio and better performance under a low SNR.     

时变强多途干扰下基于差分编码的水声OFDM通信算法

时变强多途干扰影响水声通信系统性能,针对时变强多途干扰问题,提出基于差分编码的水声OFDM通信(Underwater acoustic OFDM communications based on differential coding,DC-OFDM)算法。利用循环前缀技术和OFDM通信技术固有的抗多途特性,有效消除时变多途干扰,避免信道估计环节,直接进行解码判决。南海实测信道仿真(信噪比为8dB时,DQPSK100组仿真试验,2×10⁶个源码,全部正确解码)和水箱试验(信噪比为15dB时,DQPSK100组水箱试验,2×10⁶个源码,在时变强多途干扰下全部正确解码)。结果表明,所提算法能有效解决时变强多途干扰问题,实现时变强多途水声信道下的可靠水声通信。     

多功能水声收发机的设计与实现

基于长基线水下航行器定位导航系统的工作原理,设计并实现了一套可独立完成水声询问信号发射、水声遥控指令编码及发射控制、应答信号接收及处理、时延估计及数据传输控制等多功能的水声收发机,论述了水声收发机中信号检测、时延估计等信号处理关键技术,介绍了软、硬件设计思想和实施方案,并给出了该套系统经过模拟器、湖试和海试的试验结果。试验结果表明,该系统性能可靠、功能完善,具有一定的工程应用价值。     

直接序列扩频水声通信技术研究

水声通信技术随着当代通信技术与计算机技术的发展逐渐在通信领域中占据重要地位。由于水声通信与无线电通信的极大不同,所以在研究的问题和难度上都存在着很大的差异。多径干扰是水声通信信道与无线电通信环境中共同存在的干扰影响。为解决多径干扰问题,首先对扩展频谱通信技术进行介绍,并重点对直接序列扩展频谱通信技术的组成和功能进行研究,通过系统仿真,分析直接序列扩展频谱通信的特点,验证直接序列扩展频谱水声通信系统抗多径干扰的性能。     

基于虚拟仪器技术的水下定位导航系统

在人类对水下世界进行探索和研究工作中,定位导航技术一直是一项重要的研究内容,声学定位系统和GPS系统联合组成的水下GPS系统可以获取载体在水下工作时的更多信息。水下GPS系统是一个跨多学科,包括空间物理学,水声学,GPS技术,坐标系变化等的综合性很强的复杂系统。本文从理论和实际两方面来讨论采用短基线定位系统和GPS系统联合构成的水下GPS系统,并用虚拟仪器技术来实现。     

水下网络的发展与应用

在对美军水下网络发展进行研究的基础上,对水下网络的组成、特点、应用等进行简要介绍。水下网络由传感器节点、浮标网关节点、遥控声纳中继节点等组成,尽管由于水声信道的特殊性,使水下网络存在信道带宽窄、数据传输速率低、收发数据率的非对称性、网络配置的机动性和稀疏性、成本高等问题,但它将逐渐被应用于军事海洋环境遥感、战场环境分析、远程水下控制、水下探测、反潜战等领域。