多特征联合水声通信信号调制识别方法

为解决水声信道下通信信号识别困难的问题,对水声 CW、LFM、2FSK、4FSK、BPSK、QPSK、DSSS-BPSK 和 OFDM 信号的调制识别技术进行了研究,旨在提出一种适用于这 8 种信号的调制识别方法。通过对信号的时频特征、二次方谱特征及自相关特征进行分析,并利用基于迁移学习的 ResNet 网络和线性支持向量机进行分类,最终得到了一种多特征联合水声通信信号调制识别方法。仿真表明:在千岛湖多径信道下,信噪比大于 9 dB 时,所研究 8 种信号的识别率均在 99%以上 ;最后,通过海试进一步验证了该方法的可行性,海试数据识别率均在 93%以上。仿真及海试验证的结果表明,所提的方法是适用于水声信道的     

高速水声通信中正交频分复用技术试验研究

设计了基于正交频分复用的高速水声通信系统,并进行了湖上和海上试验研究。湖试中,在6 000 m距离下,传输速率达到7.6 kbps,误码率低于10-4;海试中,在12 km距离下,传输速率达到8.3 kbps,误码率低于10-3。试验结果表明,正交频分复用技术可以较好地克服码间干扰,有效地利用水声信道带宽,达到高速水声通信的目的。     

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。     

基于压缩传感的OFDM水声信道估计方法研究

简要介绍了两种经典的基于压缩传感(CS)的稀疏信号重构算法:匹配追踪(MP)和正交匹配追踪(OMP)。结合逆矩阵的阶数递归算法,针对OMP算法复杂度高提出了改进型的基于阶数递归的OMP算法,简称为ORMP算法。经研究发现,水声信道的冲击响应是典型的稀疏信号。因此,把基于压缩传感的ORMP算法应用到水声信道估计中,并通过仿真和海试实验验证了算法的可行性及优越性。     

基于带乘性噪声模型的水声通信字符估计算法研究

水声信道多途效应明显,而且存在衰落、散射、损耗以及随机时变等特性,使得水声通信系统的接收信号存在严重的码间干扰.利用带乘性噪声系统模型来刻画随机信道,在建模基础上利用最优滤波递推算法实现状态估计.由于状态向量中的第一维与接收信号之间存在一一对应关系,进而可实现水声信号的估计.该算法在最小方差意义下是最优的,能有效克服码间干扰和噪声污染.2种信道的仿真结果表明,在信噪比(SNR)为18db时,误码率(BER)均已经降低到10-4数量级,验证了算法的有效性.     

基于软件无线电技术的高速水声通信实验系统设计

水声信道的频带极其有限和多径干扰严重是目前制约水声通信数据率提高的主要瓶颈。正交频分复用(OFDM)技术因具有抗多径干扰和频谱利用率高等特性而被大量通信标准采用。同时,软件无线电技术可简化系统的硬件结构、节省成本且便于升级。结合两种技术的优势,设计了一种基于软件无线电技术的高速水声通信系统。论文详细描述了系统框架、软硬件设计和信号处理流程。最后通过水声实验,验证了该系统具有可靠的传输性能。     

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.     

基于形态滤波的水声通信信号同步检测方法

针对水声通信过程中拷贝相关同步检测在不同信道环境下相关峰值差距较大,通过单一固定门限同步检测导致信号误检率、漏检率高的问题,设计了一种信号同步检测帧结构,在传统拷贝相关同步检测信号前加入三单音信号,结合形态学滤波技术,提出了一种新的水声通信信号同步检测方法,实现了不同信道环境和通信距离下单一固定门限检测值的水声通信信号同步检测,降低了信号同步检测的误检和漏检概率。 实际海试结果表明：在 5 km,7 km,10 km 不同通信距离和信道环境下该方法均可实现信号同步检测,信号的误检概率和漏检概率均为 0。     

极浅海域波浪滑翔器跨介质通信实验

面向海洋立体信息感知中长期环境监测、目标探测、区域预警、跨介质信息中继等领域对极浅海域空海信息链路的需求,考虑极浅海域信道恶劣、潮流复杂、环境噪声严重等困难,采用直接序列扩频结合差分二进制相移键控(DS-DBPSK)的水声调制解调技术,以波浪滑翔器为平台进行水声通信、无线系统设计与整合,构建面向极浅海域水下信息支持的波浪滑翔机跨介质通信链路,并在平均深度 12 m 的厦门港海域开展极浅海域跨介质通信实验,验证了所设计技术方案及系统的有效性。     

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。