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)雜的無線通信信道之一。它固有的時—空—頻變以及窄帶、高噪、強多途干擾、長傳輸時延、大隨機起伏等特征，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)濟和軍事戰(zhàn)略地位，涉及到國家的利益與發(fā)展，使得淺海水聲通信技術(shù)成為當今海洋研究的熱點。跳頻通信是擴展頻譜通信的一種重要方式，其具有的抗干擾能力強，特別是抗窄帶干擾、抗噪聲、抗多途；以及保密性和易于實現(xiàn)碼分多址等特點使得跳

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)字信號處理能力和易于編程等優(yōu)點，針對淺海復(fù)雜水聲信道特點，構(gòu)建了抗多途水聲跳頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在廈門港淺海域進行了多次海上現(xiàn)場實驗，取得了較好的實驗結(jié)果。 論文的主要工作如下： 1．系統(tǒng)和全面地介紹了國內(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及其對水聲通信性能的影響； 2．開展了淺海水聲

3、信道傳輸特性的仿真研究。采用BELLHOP射線模型和快速聲場模型分別對臺灣海峽水聲信道傳遞函數(shù)和淺海脈沖傳播多途時延特性進行仿真研究，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，進行了信道糾錯編碼—Turbo碼在淺海水聲信道中的性能仿真研究； 4．針對淺海水聲跳頻通信中最為關(guān)鍵的同步問題，提出了一種新的基于軟件數(shù)字信號處理方法的時頻編碼同步方案，并采用短時傅立

4、葉變換方法實現(xiàn)該方案； 5．對于淺海水聲通信中面臨的信號大幅度起伏和尖脈沖干擾，在數(shù)字信號處理方法上采用Hilbert變換及相關(guān)算法實現(xiàn)幅度的自動均衡，用小波變換去除突發(fā)尖峰噪聲，較好的實現(xiàn)了信號調(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)計并實現(xiàn)了一套淺海水聲信道抗多途跳頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在實驗室水池和廈門港淺海域進行了多次現(xiàn)場實驗。實驗結(jié)果表明，在距離為6km，水深15m左右，傳輸速率

5、500bit/s時，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： 1．提出了基于短時傅立葉變換的一種新的時頻聯(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)字信號處理方法在水聲通信接收端中實現(xiàn)幅度自動均衡和去除沖擊噪聲干擾； 3．基于美國NI公司最新開發(fā)的Co