水声通信半物理仿真平台设计与应用

信道自身的复杂性和现场级试验的高投入、高风险限制了水声通信技术的发展。针对高效率水声通信技术研究的需求,提出1种水声通信半物理仿真平台水声通信半物理仿真平台(A Hardware-in-Loop Simulation Platform for Underwater Acoustic Communication)。水声通信半物理仿真平台以可配置水声Modem为核心,包括现场测试采集系统、算法仿真评估系统、算法实现装载系统、水声波形存储播放系统。基于建立的水声通信半物理仿真平台,进行水声直接序列扩频通信系统的半物理仿真研究,结果表明水声通信半物理仿真平台可有效提高水声通信技术的研究效率。     

面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性,特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响,对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展,为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是,由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型,从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足,传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备,可望在一定程度上丰富通信数据,为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。 设计并实现了一种浅海水声通信浮标,搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估,同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明,依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析,为下一步工作打下了良好的基础。     

近海海洋环境对水声网络性能影响试验评估

水声网络已成为海洋信息获取、传输和感知的关键技术,并得到广泛研究。目前的水声通信研究主要集中于考虑时延、多径等水声信道影响因素。当海洋环境发生变化时,水声信道中的时延、多径的特性也会相应发生变化,从而影响水声通信系统的性能。然而,对于复杂海洋环境现象与水声网络性能的直接关联性的研究还较为有限。基于厦门海域进行的水声网络实验,从平均端到端时延、丢包率等网络性能指标评估风、浪、潮汐等典型近海海洋环境因素对水声网络性能的影响,并基于试验结果对海洋环境与水声网络性能进行关联性分析,实验结果表明：水声通信网络的时延受到温度、风速和潮位变化的影响,存在一定程度的关联性。评估分析结论可为复杂近海海洋环境下水声通信网络的设计和应用提供参考。     

基于DADiSP的水声传播损失数据处理软件设计

首先介绍了海洋水声调查的传播损失数据处理方法,在此基础上,针对水声调查中水声浮标和船载录音机记录的水声调查数据,采用美国DSP发展公司的DADiSP高级数据分析软件平台,设计了水声传播损失数据处理软件,解决了海调的水声调查数据处理分析的难题.     

水声通信及组网的现状和展望

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。同时,水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣,对通信算法和设备可靠性有较高要求,水声通信及组网成为目前的研究热点。文中面向海洋环境监测领域,从水声通信物理层技术、网络技术及组网应用等方面进行介绍,并对未来技术趋势进行展望。     

一种简易的潜标辅助寻标定位系统

介绍一种自主研发的、结合GPS定位和水声测距于一体的潜标自动搜寻定位系统。系统由安装于搜索船只上的全球定位系统GPS接收机、水声释放器甲板单元、综合信号接收处理单元(由计算机组成),以及集成于潜标系统水声释放器上的水声应答系统组成。利用GPS定位原理,将GPS测得的定位信息,与水声测距技术相结合,实现潜标系统的空间定位,为潜标系统的可靠回收提供技术保障。     

深度学习在水声目标识别中的应用研究

水声目标识别技术是水声信号处理的重要组成部分，是水声信息获取与水声信息对抗的重要技术支撑。针对水声目标识别时探测数据量大、自动化程度不高、识别效率低下等问题，研究了深度学习在水声目标识别中的应用。首先，介绍了水声目标识别技术的研究现状及当前形势下面临的挑战。然后，对深度学习的网络结构原理及改进型进行了分析，并分别对深度学习在水声声信号识别领域和水声图像信号识别领域的应用现状做了阐述。最后，指出了由于受当前技术条件和水下复杂环境的制约，此方法尚且存在着不足之处。该方法为进一步优化深度学习算法、拓展深度学习技术应用范畴、提升水声目标识别效率提供了参考。     

基于MSP430的水声时间反转应答系统设计

体积庞大、结构复杂的水声仪器设备往往在使用和维护等方面给使用者带来不便,因此对于水声设备的小型化要求已经必不可少。水声时间反转应答系统是水声时间反转镜研究的主体设备。论文结合水声信道匹配研究的实验要求,以MSP430F169微控制器作为核心部件,设计了一种适用于水声时间反转镜研究的小型化、低功耗应答系统。文中给出了详细的硬件及软件设计方案,以及该系统的应用原理。该设计体积小巧、结构简练,在保证性能的前提下,极大地提高了系统的易用性和灵活性。     

一种水声组网定位一体化系统设计与实现

水声网络已在海洋信息立体化获取、传输、感知领域中得到广泛研究和应用，水声网络节点的位置是水声网络协议设计、多样化应用中常常需要的重要信息。依托全球定位系统定位、采用常规水声定位技术获取水声网络节点位置等解决方案存在着无法直接水下应用、多节点需多次定位效率低、需要精确时间同步等问题。提出一种水声组网定位一体化方案，该方案利用水声网络运行过程中网络节点互联互通进行的交互可以直接通过应答测距方式进行节点位置解算，从而实现在不影响网络通信的情况下，无需精确同步的通信定位一体化功能。给出了系统组网通信、测距、定位、误差校正等核心环节的设计过程，设计了一套小规模水声网络通信定位试验系统，并开展湖试试验。湖试试验结果初步表明了该系统组网、定位一体化的有效性。     

带内全双工水声通信技术研究现状与展望

近年来,水声通信技术已经被广泛应用于海洋环境观测等方面,但可预见的,在未来发展趋势下,以半双工体制为主的水声通信网络,将会无法满足日益增长的水下信息交互需求。带内全双工水声通信技术可以在相同的通频带内,同时发射和接收通信信号,理论上可将现有的频谱效率提高 1 倍,在水声信道可用频谱资源严重受限、水下信息交互需求激增的背景下具有极高的研究意义与应用价值。因此,带内全双工水声通信技术已逐渐成为了目前水声通信领域的研究热点之一。简要介绍了目前无线电及水声通信背景下的带内全双工技术研究现状,对带内全双工水声通信面临的主要挑战进行了论述,并结合目前现有研究成果与实际工程应用中的难点问题,提出了几种可行的研究方向。     

Underwater Acoustic Image Transmission System Based on DSP

The underwater acoustic image transmission system based on the high-speed DSP device TMS320C549 has been studied.We use Goertzel algorithm for source decoding and MFSK for modulation.Turbo code is used for channel coding and decoding.The purpose is to implement underwater video image data transmission.     

基于小波变换和零树法的水声信道彩色图像压缩编解码研究

基于小波变换和“改变了的”零树法编解码原理 ,结合水声信道的特点 ,构建了一个以 DSP为核心的图像处理系统。在不同压缩比的情况下 ,完成了对一幅 6 4× 6 4点阵的静态彩色图像数据的压缩和解压缩。当压缩比与传统的 JPEG算法的压缩比相近的情况下 ,解压缩后图像的总体观感效果有明显的改善 ,从而对在水声信道中传输彩色图像作出了积极的尝试     

时变水声信道中基于BEM的迭代信道估计技术

水声信道的多径时延扩展和时变特性对信道估计和均衡技术的研究带来了很大的挑战,同时也决定了水声信道是一种时频双扩展信道,提出一种水声OFDM通信系统中基于软信息的迭代信道估计技术,利用基于复指数基扩展模型(CE-BEM)进行信道估计。OFDM系统本身可以消除由于多径引起的符号间干扰(ISI)。基于导频的BEM信道估计,可以实现对时变信道的估计,结合基于软信息迭代的迭代均衡模块,将每次迭代生成的符号软判决信息作为辅助导频用于信道估计。同时,为了防止由于信道时变引起的信道子载波间干扰(ICI)对导频符号的影响,采用基于保护间隔的导频插入法插入导频。仿真结果显示基于BEM的软信息迭代信道估计性能较非迭代信道估计时明显提升。     

浅海声信道文本信息传输研究

论文首先介绍浅海声信道声传输的基本特性,指出在此类信道中进行多媒体信息传输的特殊困难.随后论述了文本信息传输所具有的抗噪声、抗起伏等优良性能,较能适应于水声信道的复杂性和多变性,但属于较高速率的文本信息传输,多途干扰仍然是文本信息正确检测的根本障碍.文中分析了频率跳变技术克服时域扩散较短的浅海多途的可行性和需解决的关键技术.海上获得的初步实验结果说明了文本信息传输所具有的优越性,值得今后继续深入的研究.     

基于DSP的水下图像传输系统研究

本文研究了基于高性能的DSP芯片TMS320C549的水下图像传输系统，并采用Goertzel算法进行信源编码和MFSK调制方式、运用Turbo码进行信道的编、解码，来实现水下视频图像高速数据传输的目的。     

温度或盐度对水下量子密钥分配影响的研究

水下量子密钥分配对保障水下通信安全具有十分重要的意义。本文研究不同温度或盐度的海水对光传输以及水下量子密钥分配的影响。本文在有限的范围内改变水槽中水的温度或盐度,在温盐均匀和有温盐差的海水信道中对出射光进行偏振测试,并进行了基于偏振编码的BB84协议水下量子密钥分配实验研究。研究表明:偏振光经过温盐均匀或有温盐差的模拟海水后其偏振态几乎不发生变化;在温盐均匀的海水中,温度或盐度的变化几乎不改变误码率,但在温盐不均匀的海水中,误码率随温盐差的增大呈增加趋势。     

水下数据传输Turbo码译码系统的实现

为了在恶劣的水声信道中确保数据的可靠传输,采用性能优异的Turbo码,以6711DSP为核心处理单元构建译码系统。系统采用戈泽尔算法进行跳频的软解调,迭代的软输出维特比译码算法(SOVA)进行译码。系统经过实验室水池的试验,证实能保证译码的实时性及其在恶劣信道中数据传输的正确性,具有相当优异的性能。     

CSI feedback-based CS for underwater acoustic adaptive modulation OFDM system with channel prediction

In this paper, we investigate the performance of adaptive modulation （AM） orthogonal frequency division multiplexing （OFDM） system in underwater acoustic （UWA） communications. The aim is to solve the problem of large feedback overhead for channel state information （CSI） in every subcarrier. A novel CSI feedback scheme is proposed based on the theory of compressed sensing （CS）. We propose a feedback from the receiver that only feedback the sparse channel parameters. Additionally, prediction of the channel state is proposed every several symbols to realize the AM in practice. We describe a linear channel prediction algorithm which is used in adaptive transmission. This system has been tested in the real underwater acoustic channel. The linear channel prediction makes the AM transmission techniques more feasible for acoustic channel communications. The simulation and experiment show that significant improvements can be obtained both in bit error rate （BER） and throughput in the AM scheme compared with the fixed Quadrature Phase Shift Keying （QPSK） modulation scheme. Moreover, the performance with standard CS outperforms the Discrete Cosine Transform （DCT） method.     

BDRM理论在双轴海洋声道中的应用

由于表面声道与深海声道间的耦合效应,声波在双轴海洋声道中的传播比较复杂,因此求解双轴海洋声道中的声场就比较困难。在 WKBZ 本征函数的基础上,推导出了参考界面相位修正的一致表达式,并将浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论应用于计算双轴海洋声道中的声场,进行了数值模拟并与传统简正波方法进行比较,结果表明应用 BDRM 理论计算的传播损失具有很高的精度和速度,可以对双轴海洋声道内声传播问题进行分析和预报。     

多模式自适应水下无线通信网络框架研究

对当前典型的水下无线通信网进行分析,针对水声、光、射频3种通信模式在水下无线通信中的优缺点,提出基于软件无线电技术的多模式自适应水下无线通信网络的概念及其框架结构,并对其中的自适应调制解调方式展开研究.结合MAC层协议,提出一种跨层的自适应调制解调解决方案,即通过收发双方的握手信息携带当前信道状态,由发射方根据握手信息,判断双方通信距离,预计信道未来状态,结合需要传输的数据量,自适应选择合适的通信模式和调制方式,并利用握手信号通知接收方,从而实现在通信网络范围内数据或指令的快速可靠传输.