淺海水聲信道抗多途跳頻通信系統(tǒng)研究.pdf

1、淺海水聲信道是迄今為止最為復(fù)雜的無(wú)線通信信道之一。它固有的時(shí)—空—頻變以及窄帶、高噪、強(qiáng)多途干擾、長(zhǎng)傳輸時(shí)延、大隨機(jī)起伏等特征，使得淺海水聲通信系統(tǒng)在有效性和可靠性等通信性能的提高上面臨著巨大挑戰(zhàn)。由于淺海域具有特殊的經(jīng)濟(jì)和軍事戰(zhàn)略地位，涉及到國(guó)家的利益與發(fā)展，使得淺海水聲通信技術(shù)成為當(dāng)今海洋研究的熱點(diǎn)。跳頻通信是擴(kuò)展頻譜通信的一種重要方式，其具有的抗干擾能力強(qiáng)，特別是抗窄帶干擾、抗噪聲、抗多途；以及保密性和易于實(shí)現(xiàn)碼分多址等特點(diǎn)使得跳

2、頻通信在復(fù)雜淺海水聲通信中受到廣泛重視。 論文基于NI CompactRIO嵌入式模塊，利用其具有高速數(shù)字信號(hào)處理能力和易于編程等優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)淺海復(fù)雜水聲信道特點(diǎn)，構(gòu)建了抗多途水聲跳頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在廈門港淺海域進(jìn)行了多次海上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 論文的主要工作如下： 1．系統(tǒng)和全面地介紹了國(guó)內(nèi)外在水聲通信技術(shù)領(lǐng)域的研究概況，分析了淺海水聲信道的特點(diǎn)及其對(duì)水聲通信性能的影響； 2．開(kāi)展了淺海水聲

3、信道傳輸特性的仿真研究。采用BELLHOP射線模型和快速聲場(chǎng)模型分別對(duì)臺(tái)灣海峽水聲信道傳遞函數(shù)和淺海脈沖傳播多途時(shí)延特性進(jìn)行仿真研究，分析了淺海水聲信道中梳狀濾波器特性及信道環(huán)境參數(shù)對(duì)水聲傳輸性能的影響； 3．基于降低通信系統(tǒng)誤碼率的需求，進(jìn)行了信道糾錯(cuò)編碼—Turbo碼在淺海水聲信道中的性能仿真研究； 4．針對(duì)淺海水聲跳頻通信中最為關(guān)鍵的同步問(wèn)題，提出了一種新的基于軟件數(shù)字信號(hào)處理方法的時(shí)頻編碼同步方案，并采用短時(shí)傅立

4、葉變換方法實(shí)現(xiàn)該方案； 5．對(duì)于淺海水聲通信中面臨的信號(hào)大幅度起伏和尖脈沖干擾，在數(shù)字信號(hào)處理方法上采用Hilbert變換及相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)幅度的自動(dòng)均衡，用小波變換去除突發(fā)尖峰噪聲，較好的實(shí)現(xiàn)了信號(hào)調(diào)理； 6．在上述工作基礎(chǔ)上，論文基于NI CompactRIO嵌入式模塊，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套淺海水聲信道抗多途跳頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室水池和廈門港淺海域進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在距離為6km，水深15m左右，傳輸速率

5、500bit/s時(shí)，傳輸誤碼率為10-2～10-3。結(jié)合Turbo碼技術(shù)后，可使通信系統(tǒng)的誤碼率降至10—4以下，表明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)較為穩(wěn)健的通信性能。 本文具有以下創(chuàng)新點(diǎn)： 1．提出了基于短時(shí)傅立葉變換的一種新的時(shí)頻聯(lián)合分析的同步方案； 2．采用Hilbert變換和小波變換的軟件數(shù)字信號(hào)處理方法在水聲通信接收端中實(shí)現(xiàn)幅度自動(dòng)均衡和去除沖擊噪聲干擾； 3．基于美國(guó)NI公司最新開(kāi)發(fā)的Co