深遠海環(huán)境監(jiān)測水聲通信仿真方法與信道估計研究.pdf

1、隨著國家海洋大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施,國家在深化淺海的基礎(chǔ)上,開始挺進深遠海的戰(zhàn)略部署。水聲通信技術(shù)將在海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋工程中發(fā)揮越來越大的作用。由于射頻通信、光通信等無線通信方式在水下應(yīng)用的局限性,水聲通信成為目前水下唯一可行的長距離無線通信手段,在海洋工程中水下作業(yè)設(shè)備通信與定位、海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋資源勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋災(zāi)難預(yù)防、海洋軍事國防等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來,水聲通信的理論和技術(shù)研究成為學術(shù)研究的熱點。在巨大的應(yīng)

2、用需求的牽引下,水聲通信網(wǎng)絡(luò)、水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究也陸續(xù)展開,在陸地上較為成熟的無線通信方案也被陸續(xù)應(yīng)用于水聲通信的研究中。
　　 但是,由于水聲信道是一個比陸上射頻信道、衛(wèi)星信道惡劣得多的無線信道,具有大延遲、強時變、高噪聲、強多徑、多普勒頻偏嚴重等特點。使得現(xiàn)有的無線通信方案不能直接應(yīng)用于水聲通信系統(tǒng)中。水聲信道自身的復雜性是制約水聲通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。
　　 此外,水聲通信的試驗研究具有高度的復雜性和專業(yè)性,其

3、試驗存在著布放困難、試驗周期長、風險大、不確定因素多等問題。這些問題客觀上導致了水聲通信研究的周期偏長,效率偏低,也成為制約水聲通信發(fā)展的關(guān)鍵因素。
　　 基于以上研究背景,本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃課題“基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的深遠海環(huán)境監(jiān)測平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”和國家自然科學基金課題“水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模糊控制方法研究”的支持下,開展了水聲信道估計算法和水聲通信半物理仿真方法的研究工作,主要創(chuàng)新性工作如下:
　　 1)針

4、對水聲信道的特點和不同的應(yīng)用條件,提出了基于分數(shù)階傅立葉變換的水聲信道多參數(shù)估計算法,可以同時估計出信道的徑數(shù)、時延和頻偏,具有精度高,計算效率高的優(yōu)點。
　　 2)提出并實現(xiàn)了一種水聲通信半物理仿真平臺HLSP/UWAC設(shè)計方案。HLSP/UWAC以SOPC技術(shù)、VC++、Matlab為支撐技術(shù),以基于SOPC技術(shù)的可配置水聲Modem為核心,集成了算法仿真評估、算法實現(xiàn)裝載、現(xiàn)場測試采集、水聲波形存儲四個子系統(tǒng),具有自動化程

5、度高、易于擴展、基于真實水聲信道研究、仿真與實現(xiàn)相輔相成、屏蔽底層復雜硬件設(shè)計與通信系統(tǒng)具體實現(xiàn)等特點。在支持CDMA機制的水聲直接序列擴頻通信系統(tǒng)研究中的應(yīng)用表明,HLSP/UWAC可有效提高水聲通信技術(shù)的研究效率。
　　 3)提出并實現(xiàn)了一種基于SOPC技術(shù)的遠程在應(yīng)用中編程(IAP)設(shè)計方案。針對水聲通信現(xiàn)場級測試試驗的更新程序過程中反復拆裝水密設(shè)備工作效率低、故障率高的問題,以提高工作效率、降低現(xiàn)場測試故障率為目標,根據(jù)