一个水声扩频通信系统设计与实现

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因。低功耗、远距离、高隐蔽性、低信噪比检测、高可靠性的数据传输是水声通信的一个发展方向。设计并实现了一个水声扩频通信系统,有效地解决了以上问题,并采用快速相关算法,代替传统的矢量与矩阵相乘运算,极大地减少了程序的运行量,从而实时地处理接收信号。通过湖试和海试,验证了此通信系统的优良性能。     

基于罗经/DVL/水声定位系统的水下组合导航方法研究

针对基于罗经/DVL航位推算系统位置误差积累的问题,研究基于罗经/DVL/水声定位系统的水下运载体组合导航定位方法,设计了组合导航方案,建立了基于航位推算系统的误差方程,在此基础上引入水声定位系统的位置量测信息,设计了卡尔曼滤波器,实现了罗经/DVL/水声定位系统的信息融合。最后对研究的方法进行了计算机仿真和半物理仿真实验。实验结果表明,该方法抑制了航位推算系统位置误差发散,且减小了水声定位数据波动幅度,实现了水下运载体的高精度导航定位。     

船载式远程高精度水声定位系统

本文比较了各种水声定位跟踪系统的特点，由此可明显看出长基线模式的船载式水声定位跟踪系统将兼有使用方便、适用性强、定位精度高、作用距离远的优点，仔细分析了要实现这类系统的关键技术难题，介绍了我国自行研制的一个船载式远程高精度水声定位系统的组成和工作原理，该系统还率先突破了主动式水声定位系统中非模糊距离Ｒｍａｘ＝ＣＴ的原理性限制，使系统可进行远程，高数据率跟踪定位     

基于航位推算/水声定位系统的水下拖体组合导航方法

针对航位推算系统位置误差发散、水声定位系统输出信息波动大的特点,利用基于航位推算/水声定位系统的组合导航方法进行深拖系统导航定位。先利用多普勒速度仪和罗经的输出数据进行航位推算得到拖体位置,然后将此位置与水声定位系统输出的位置进行数据融合,得到连续、平滑的高精度深拖系统导航数据,实现水下拖体的高精度定位。应用此方法对海试实验数据进行了处理,实验结果表明:采用组合方法后,既限制了位置误差的发散,又减小了数据波动幅度,可以得到平滑的高精度位置。     

水声信道高速率数据传输技术

本文介绍近年来水声信道高速率数所传输技术的一些研究进展，并结合本所研究的水声数据遥测，数字语音通讯和视频图像传输实验样机，讨论了具有抗多途干扰的声传输系统在调制信号设计及信号处理上所采用的关键技术。     

水下声学定位系统及其应用

分析了短基线、长基线和组合水声定位系统的特点，并就国内外声学定位系统的技术发展，对水声定位系统的分类及其原理、定位精度、发展现状与应用等方面进行了讨论。     

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。     

水声信道中一种抗多途跳频通信的研究

水声通道系统是当代海洋开发和海洋环境立体监测中的重要技术组成部分，广泛应用于海洋监测、海洋资源勘探和开发等方面。然而，水声信道的随机起伏、时－空－频变的多途特征使水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一。本文介绍近年来在高速水声通信方面的一些研究进展，讨论了一种利用高速数字信号处理器（DSP）实现水声信道跳频通信的方案，并探讨了该方案在调制信号设计及信号处理实现上所采用的关键技术。     

超短基线水声定位系统动态定位误差测试研究

现有对超短基线水声定位系统的误差研究多集中在静态领域，鲜有文献对其动态误差进行研究。 以 GAPS 作为主要试验设备对超短基线水声定位系统的动态误差进行了相关研究，提出了一种超短基线水声定位系统动态定位误差测试方法。使用圆概率误差半径进行度量，并通过湖上实验对 GAPS 的动态误差进行了测算，为水下定位系统校准/标定方法的研究奠定了重要基础。     

基于卫星的水下载体实时水声定位模型

为适应水下载体高精度实时导航定位的需求,提出了基于卫星导航定位的浮标水声定位系统定位模式,主要讨论了长基线固定浮标定位系统和超短基线单体智能浮标系统的工作原理和点位计算模型,分析了水声定位系统定位的准确度和误差源,对促进全球海域实现全天候高精度完全水下自主定位具有一定的指导意义。     

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。     

A long‐range and high‐resolution underwater acoustic positioning system

Abstract

It is desired to track the location of an underwater data collecting platform using acoustic range data. A long‐range and high‐resolution acoustic system for underwater locating has been investigated. The system provides continuous and highly accurate tracking of a platform referenced to bottom‐mounted buoys. Each reference buoy contains an acoustic transponder, which is used to obtain ranging data from the transponder to the platform. The transponder has a signal source that is phase‐modulated by a maximal‐length binary sequence and a correlation processing unit to be capable of detecting received acoustic signals with high SNR in a noisy environment or in attenuation due to long‐range propagation, and to identify multipath acoustic signals. The acoustic system has been designed and sea tests tried. The results of that experiment have yielded capability of a submeter underwater acoustic positioning system.     

超短基线定位的海上应用及精度评估

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。     

AUV定位信号检测延时的蒙特卡洛模拟分析

在简要介绍AUV声学定位声纳接收机原理基础上,分析了CW脉冲信号在极性相关检测电路中的传输过程,建立了极性相关积分检测延时仿真分析模型。提出采用蒙特卡洛模拟方法获取检测延时的分布特征和统计参数的观点。实验结果表明蒙特卡洛模拟实验与硬件电路实验结果一致,对于解决随机性检测延时问题具有很强的能力。获得的结果可为AUV定位声纳检测门限的设定、声学测距和定位精度分析以及水声通信延时分析提供参考。     

基于圆型基阵的水下声信标搜寻仪性能测试

基于声信标信号特征的快速识别技术、远距离微弱信号的快速定位技术、空域时域组合的多目标分辨技术,研发了基于圆型基阵的水下声信标搜寻仪"天科寻海一号"。通过消声水池、海上现场等试验,对其各项指标和整体性能进行了测试。该设备探测距离达3 000 m、方向分辨力达0.5°,具备同时搜寻多个声信标的能力。通过实时交会定位方法,可对大面积海域进行快速搜索及准确定位,具有重要的工程应用价值。     

An Improvement of Long Baseline System Using Particle Swarm Optimization to Optimize Effective Sound Speed

Abstract

In long baseline (LBL) positioning system, errors due to uncertain sound speed are the major facts to its positioning accuracy. In this study, the problem is solved by setting acoustic signal travels between the target and different hydrophones with different sound speed and using particle swarm optimization algorithm to solve the multi-parameter optimization problem to obtain the sound speeds. Presented simulation results show that the proposed algorithm can effectively improve the positioning accuracy of the LBL system compared to existing algorithms and its computational efficiency is high enough.     

超短基线声学定位原理及其应用

声学定位系统（Acoustic Positioning System)的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查中起着重要作用。以挪威Simrad公司的HPR410P超短基线定位系统为例，从几方面讨论了超短基线（Ultrashort Baseline)声学定位系统的原理、应用范围、定位误差来源及其相应的修正方法；通过最大程度地减少误差来提高系统的定位精度，从而获取高质量的海洋科研调查资料。     

Forward Scattering Observation With Partially Coherent Spatial Processing of Vertical Array Signals in Shallow Water

In this paper, we address the problem of detecting an inhomogeneity in shallow water by observing changes in the acoustic field as the inhomogeneity passes between an acoustic source and vertical line array of receivers. A signal processing scheme is developed to detect the perturbed field in the presence of the much stronger primary source signal, and to estimate such parameters as the time when the inhomogeneity crosses the source-receiver path, its velocity, and its size. The effectiveness of incoherent, coherent, and partially coherent spatial processing of the array signals is evaluated using models and data obtained from experiments in a lake. The effect of different bottom types is also considered, and it is shown that partially coherent processing can have a significant advantage depending on the bottom type. Estimates of the minimum input signal-to-noise ratios (SNRs) for which the diffracted signal can be observed are presented.