基于残余自干扰获取的带内全双工水声通信系统结构方案与仿真

强自干扰抵消是带内全双工(In-Band Full-Duplex,IBFD)水声通信系统工程实现中的最大挑战。 近端接收端需结合模拟域及数字域进行联合干扰抵消才可将干扰强度降低至可接受水平。提出一种基于残余干扰获取的带内全双工水声通信系统结构设计方案,其特征为具备主、辅双采集链路,通过辅助采集链路实现对干扰信号的获取,并利用辅助采集链路与消干扰信号在数字域上的抵消结果作为主采集链路数字域上的线性滤波器的输入参考信号,以实现对残余干扰的抵消。该系统结构方案与现有系统结构方案相比,在有效克服功率放大器非线性影响的同时,可降低模拟域及数字域干扰抵消系统结构复杂度;仿真数据处理结果表明,该方案可实现公里级带内全双工水声通信。     

带内全双工水声通信自干扰成分及信道特性分析

在传统以半双工体制为主的水声通信系统中,常将通信信号传播信道假设为稀疏信道以便于后续处理。但通过目前的实测结果来看,在以单独设备的形式进行带内全双工水声通信实现时,由于发射换能器到近端接收端这一短程传播过程受到通信机电子舱的影响,造成了自干扰成分与信道的复杂性。为了进一步了解壳体材料对自干扰强度、传播路径复杂度的影响,以及不同接收端布置下接收到的自干扰信号成分差异,拟基于有限元法对 2 种壳体材料及不同近端接收端位置处的环路自干扰信号进行仿真,并通过辅助仿真验证各接收位置处接收到的自干扰信号最主要成分,对自干扰信道特征进行分析,为后续自干扰抑制及各域干扰抵消提供初步的理论支持与依据。     

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。     

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。     

一种功率谱相关的基元域近场强干扰抑制方法

针对影响拖曳线列阵声纳系统目标检测性能的两种典型近场强干扰源,由宽带近场阵列模型,提出了基于功率谱相关的干扰抵消方法,通过比较基元域频域信号与干扰波束信号功率谱之间的相似关系,找到与每路基元信号相匹配的干扰分量信号,最后通过频域块自适应滤波算法实现每路基元域信号中的干扰抵消。宽带仿真结果与海试表明,这种方法在强干噪比和低信噪比条件下,比最小方差无失真响应和传统基元域干扰抵消方法在阵增益方面提高约10dB。相比传统基元域干扰抵消方法,这种方法能够实现抵消拖船干扰的同时抵消邻近目标强干扰。     

发展我国海上短波单边带通信技术

短波单边带通信技术在海上无线电通信中占有十分重要的地位。因为现代船舶的使命对通信保障的要求愈来愈高,要求有多个通信网络和快速反映能力,随着船舶通信设备的日益增多,相互干扰越来越严重。采用单边带通信技术,不仅增加了发射功率增益,缩小了体积,减轻了重量,而且提高了通信容量和电磁兼容性,使船舶通信网络具有多路同时工作的能力。目前短波单边带通信设备和电台已成为海上无线电通信的主要设备。一、海上短波单边带通信技术的发展 20多年来,短波单边带通信一直是海上远距离通信的主要手段之一。但随着海事卫星通信的出现,曾一度使人们对短波单边带通信的继续存在和发展产生过怀疑,似乎短波单边带通信     

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。     

高数据率远程水声通信技术产业化急待解决的几个问题

高数据率远程水声通信技术产业化急待解决的几个问题尤立夫，桑恩方（哈尔滨工程大学水声研究所）随着人类在海洋中经济和军事活动的增加，各种潜器和水下机器人的性能不断得到改进，尤其是无缆的，带有光学或声学成象设备的潜器、机器人即将在不远的将来投入使用。这种潜...     

基于Visual C和PC的软件水声调制解调系统

介绍了一种DS/DBPSK调制解调技术方案,该方案采用了具有较强抗干扰、抗衰落和抗多径性能的扩频技术,并结合与信道适应性较好、不需载波恢复的差分相位调制技术,对浅海水声信道造成的干扰进行抑制.在此方法上,基于Visual C(VC)及PC平台设计了一个通用性好的软件水声调制解调系统,利用双缓冲邋和多线程技术机制实现算法实时处理,同时可通过串口通信提供上层应用接口.实验系统验证了扩频和差分调制技术在浅海水声通信中的性能,为水声组网提供了底层支持.海试实验结果表明了系统的有效性.     

一种水下声学探测浮标的设计与实现

介绍了一种水下声学探测浮标的设计及实现。该浮标基于国产北斗 Argo 浮标搭载水声探测载荷,能够在水中自主沉浮,并实现对水声通信信号探测,发现目标后,通过北斗卫星传输目标的相关特征信息。该浮标能够实现设备程控沉浮、自我定位、卫星通信、水声信号检测识别、数据记录、信息显示等功能。 可广泛用于重要航道、演习区域等海域的水下安全排查,掌握水声通信网络布设及分布情况,为我重要军事行动提供决策依据。