压缩感知对水声信号的提取

压缩感知可利用水声信道的稀疏特性提高识别多路径传播的估计性能,本文将压缩感知的方法应用于水声信号检测研究中。并采用BELLHOP水声信道仿真模型进行水声传播信道的构建,并应用不同方法展开仿真模拟实验并进行比较,从而估计海洋水声信道声传播多路径的时延位置和幅度信息,通过对相关数据进行处理,对该方法的性能进行评估。     

浅海水声多途信道建模与仿真

在进行水声信号恢复和增强、目标探测、跟踪、定位、水声通信等技术的研究过程中,对海洋信道的仿真研究是进行这些水声信号处理仿真的基础。简要分析了水声信道的传播特性,主要针对水声信道强烈的多径效应这一特点,研究了浅海水声多途信道的物理模型,并通过BELLHOP射线传播模型实现了声场环境模拟以及水声信道建模。通过比较不同深度声源的声场分布,以及不同收发条件下的水声信道冲激响应,验证了水声信道的多径效应、稀疏性、传播损失、时变空变以及随机性等特性。     

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GPU的实时水声信道仿真实现

对于水下无人系统跟踪定位、水声通信等技术而言,水声信道估计的实时性至关重要。本文首先简要分析了水声在浅海中的传播特性及信道模型,包括声速建模、传播衰减建模及本征声线的搜索模型;其次为了满足水声信道估计实时性的要求,基于GPU利用OpenCL环境进行仿真实现。最后通过结果分析,说明了本文对于水声信道的建模合理正确,同时也满足了实时性这一要求。     

浅海高频水声信道统计特性分析与仿真

为研究浅海高频水声信道,基于虚源法和Xiao模型建立高频水声信道模型,对其统计特性进行分析并仿真,得到高频水声信号的传播损失以及接收波形。结果表明:本文建立的高频水声模型的统计特性与理想Rice衰落过程高度吻合,传播衰减规律与球面扩展传播衰减相一致,海面(海底)反射系数对本征声线幅度衰减有明显影响。由于信道的衰减、相移以及频散等作用,接收信号波形与发射信号相比发生明显变化。     

实现水声定位浮标位置参数精确修正方法研究

长基线水声定位系统中,由于海况影响使得水声定位浮标的姿态及水下单元的位置参数不确定,导致系统误差增加.根据能量守恒定律和几何变换关系,针对定位浮标姿态及水下单元的位置准确性提出了位置参数的修正方法,通过仿真对修正前后的定位精度进行对比,证明方法可行,海试证明可有效提高系统定位精准度.     

基于互谱无功分量补偿的水面水下目标分辨

针对水面水下目标分辨的问题,可从波导中不同布放深度的2个接收水听器的声压互谱的正负判决来分辨水面水下目标。但如果2个接收水听器的位置选择不当,正负判决的临界深度会随着声源与接收之间的距离变化而起伏变化,从而对结果产生干扰。本文从简正波模型出发,分析声压互谱的有功分量和无功分量与目标深度的关系,提出用无功分量来对有功分量进行补偿,能得到不随距离变化而起伏变化的临界深度,从而提升水面水下目标分辨的正确率。本文进行的抗噪声分析说明,将本文方法应用于垂直阵在噪声干扰下仍能得到较好结果。理论分析和仿真结果都验证了本文方法的正确性。     

水声定位标定系统信号回波测量方法研究

水声定位标定系统中水下基准(模拟目标声信号)位置的测量精度直接影响到对水声定位系统定位误差的考核。本文介绍了在对模拟目标声源进行定位时的回波信号测量处理,同时对不同频率下的定位精度进行仿真,证实了信号处理的准确性,为工程应用提供理论参考。     

环境因素影响下的声目标强度数值计算

提出一种被称为声线跟踪目标回声强度(ARTES)的声目标强度计算工具。ARTES是用于预报位于实际水声环境中3D物体回声的计算软件，运用声线跟踪技术，包括水面、水底的影响，为通过介质的声传播建立模型。对于给定的声源参数，接收到的回波强度或波形可作为各种环境和目标参数的函数进行计算。该模型能处理复杂的CAD设计实体，包括夹层充水的壳体。壳体不同部分的材料和声学特性可以被定义，包括其效果可设定的无回声涂层。该模型能被作为水下物体的设计工具，还能用于预报实际环境中主动声呐的性能。     

有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验

在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理是关键。天然水域边界条件未知,水文环境复杂,仿真难度高,增加了数据处理难度。采用Matlab和VB混合编程软件AcTUP,分析试验场"沉积层和水位"的选取原则,得到与试验值较为吻合的仿真模型。通过仿真计算,得到固定深度声源的"无因次量纲"参数、固定水深的声源位置及水面粗糙度对试验场声传播损失的影响规律,并基于射线声学理论对试验值和仿真值的偏差进行非相干分析,得到了有限水域试验场的基本声传播特性。     

声场模型的海洋水声信道通信系统研究

海洋环境通常复杂多变,时常受到时变、频变、空变随机特性及噪声引起的各种干扰,造成海洋水声信道中的通信过程中存在着严重的信号失真和畸变,极大地降低了水声通信系统的可靠性和有效性。因此对水声信道进行研究和特性分析,对于设计水声通信系统而言意义重大。本文进行基于声场模型的海洋水声信道通信系统中的信道分析与仿真,采用Kraken简正波模型对海洋信道通信系统的传播损失特征进行分析。仿真结果表明,Kraken简正波模型应用于海洋信道通信系统传播损失特征分析的可行性和有效性。     

基于水声通信的水下机器人协作技术研究

以水下机器人的控制与协调应用为背景,提出一种基于水声通信的水下机器人协作控制方法。本文首先对水声通信进行介绍,包括水声信道特点及调制方法,然后介绍水下机器人的协作方法,并给出水下机器人的整体设计,通信模块采用了水声通信中的OFDM技术,实验结果表明,该通信方法具有较低的误码率及较高的通信速率。     

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.     

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。     

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。     

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 AMESim 对波浪控制平台电液伺服系统仿真与优化

以荷兰某公司设计的波浪控制平台为研究对象,对其主要的液压元件添加传递函数,并建立电液伺服控制系统传递函数方块图。然后通过 AMESIM 仿真平台建立液压系统模型,探索在不同伺服增益参数时系统的动态误差。仿真结果显示,只通过改变伺服增益,系统不能满足实际精度要求。为此,本文在控制系统中采用 PD 控制算法,借助 AMEsim 中的遗传算法进行优化,得到最优 Kp 和 Kd 参数。结果表明,此方法能使系统实现所需精度及稳定性要求。     

基于AMESim对波浪控制平台电液伺服系统仿真与优化

以荷兰某公司设计的波浪控制平台为研究对象,对其主要的液压元件添加传递函数,并建立电液伺服控制系统传递函数方块图。然后通过AMESIM仿真平台建立液压系统模型,探索在不同伺服增益参数时系统的动态误差。仿真结果显示,只通过改变伺服增益,系统不能满足实际精度要求。为此,本文在控制系统中采用PD控制算法,借助AMEsim中的遗传算法进行优化,得到最优Kp和Kd参数。结果表明,此方法能使系统实现所需精度及稳定性要求。     

基于叠加训练序列的稀疏水声OFDM信道估计(英文)

针对稀疏多径的水声OFDM信道,提出了基于叠加训练序列的信道估计方法,能够提高带宽传输效率.在发送端的信息序列中叠加一个低功率的周期性训练序列,在不占用额外的信号带宽的情况下估计信道参数,未知的信息序列会对叠加训练序列的信道估计方法产生干扰,在本文中采用迭代方法提高估计性能.水声信道具有延时时间长,信道稀疏的特点,本文采用匹配跟踪的方法估计信道非零系数的位置,降低加性白噪声对信道估计的影响.仿真结果显示,本文的方法能达到很好的信道估计性能,同时能够降低OFDM的峰均比.     

DCT插值算法在水声信道估计中的应用

水下通信是海上远程通信的重要手段,其信道环境直接决定通信质量。本文对水声信道进行研究,分析水声信道的特性,介绍了信道的建模方法。给出了基于DCT插值算法的信道估计方法和能够去除噪声干扰的DCT插值算法。实验结果表明DCT插值算法能够有效提高水声信道估计的性能。