高速移動水聲通信中的多普勒估計與補償技術研究.pdf

1、水聲通信是在水下進行無線信息傳輸?shù)淖钪饕ぞ?。隨著自治水下機器人（AUV）等水下移動平臺在海洋資源勘探開發(fā)中的應用越來越廣泛以及建設水聲數(shù)據通信網的迫切需要，移動水聲通信逐漸成為其中的一項必要技術。并且由于小型航行器體積小、機動靈活，其水下航行速度比一般的艦船速度要高，高速移動條件下的水聲通信成為當前世界各國研究的熱點。
　　然而，由于聲波在水中的傳播速度較低，高速移動水聲通信中不可避免地會產生嚴重的多普勒擴展，它使通信信號的波形

2、發(fā)生畸變，影響接收機的正確解調。因此，有必要在接收機進行解調之前對移動水聲通信的多普勒擴展進行估計并做出相應補償。但是現(xiàn)有的多普勒估計與補償方法一般都假設多徑信道各徑的多普勒因子相等或近似相等，當水下航行器高速運動時，多普勒頻偏較大且各徑多普勒因子不再一致，這些方法往往效果不佳或失效。
　　針對此問題，本文以高速移動水聲通信為應用背景，對其中涉及的非一致性多普勒估計與補償技術進行了系統(tǒng)研究。通過深入挖掘水聲信道的稀疏特點，提出一種

3、基于稀疏表示理論的水聲非一致性多普勒估計方法。所提方法利用接收端預先生成的超完備冗余字典，將水聲多普勒估計問題轉化為信號的稀疏重構問題，進而從重構結果中間接得到多徑信道各徑的多普勒因子，實現(xiàn)水聲非一致性多普勒估計。仿真結果表明，相對于傳統(tǒng)方法，所提方法不僅能精確估計出多徑信道每條路徑的多普勒因子，而且對于大多普勒頻偏的估計也相當有效。
　　在對水聲信道的非一致性多普勒估計進行研究的基礎上，本文也對如何利用估計結果實現(xiàn)水聲 OFDM

4、通信系統(tǒng)的多普勒補償問題進行了重點研究。由于OFDM技術本身的多普勒敏感性，在高速移動水聲通信中如何準確地實現(xiàn)非一致性多普勒補償，對于 OFDM技術在水聲通信中的應用具有重要意義。本文在現(xiàn)有多普勒補償方法的基礎上，通過詳盡的理論推導提出一種水聲 OFDM多普勒補償方法，并根據此方法設計了一種補償接收機。該方法采用多次內插與快速傅里葉變換相結合的算法，首先對接收信號進行單次重采樣預處理以降低多普勒頻偏，再利用等效信道參數(shù)模型得到信道統(tǒng)計量