分层纵向水下无线光信道建模研究

水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)是水下物联网感知层的新兴技术之一。在感知层中,UWOC 技术常被用于支持数据的纵向上行传输。针对几何光学理论无法准确描述 UWOC 链路衰减的问题,研究了基于 MIE 散射理论的纵向 UWOC 信道模型;提出了分层的纵向海水介质模型,在此基础上设计了一种利用蒙特卡洛仿真方法对 UWOC 纵向链路进行评估的方案。该方案考虑了收发装置空间位置的非对齐以及出现位置失配的情况,通过该方案可求得 UWOC 链路冲激响应的数值结果,研究成果对于 UWOC 设计具有重要意义。     

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。     

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     

一种优化多通道声波束形成的方法

因基阵各通道不均衡,使得水声接收系统波束形成时,目标检测、方位估计等性能经常达不到预期。分析了各通道信噪比、辐值、相位影响波束信噪比的机理,提出了一种减小基阵各通道不均衡的方法,并利用实测数据进行了仿真。仿真结果表明：该方法可有效地提高水声接收系统的目标检测、方位估计等性能。     

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。     

海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

基于星座图改进的QAM盲均衡算法

针对多模辅助算法均方误差高的缺点,提出了两种基于星座图改进的盲均衡算法.首先利用16QAM星座图信息,增加多模辅助算法代价函数中信号点的均衡数目,得到改进的多模辅助算法,与多模辅助算法相比,改进后的算法稳态均方误差更低,而且收敛速度略有提高;其次将改进的多模辅助算法和判决引导算法相结合,根据均方误差调整两种算法的比例,得到的混合算法进一步降低了稳态均方误差.水声信道仿真结果表明:提出的两种算法都可以有效地降低均方误差,适用于对精度要求较高的场合.     

基于改进领航者法的多AUV队形控制方法研究

针对多自主水下机器人(多 AUV)编队问题,提出了一种基于改进跟随领航者法的编队控制方法,通过仿真实验和湖上试验进行了验证。将对跟随者的航向和速度控制简化成单一的速度控制,并采用多级精准速度调控方法进行编队控制。然后,通过仿真实验对该方法进行初步验证,并确定关键控制参数。最后,建立一套队形评价指标,通过外场试验验证该方法有效性。试验结果表明：该编队控制方法在控制的快速性、准确性和稳定性等方面均表现很好。     

平面冰层覆盖下水中声传播损失特性分析

理论计算了冰层的声波反射系数,分析了平面冰层覆盖下水中声传播损失特性。将冰层视作平面覆盖层,建立了"空气-冰层-水"结构的冰层反射物理模型,结合冰中的物理声学参数,得到冰层反射系数;利用Bellhop海洋声学传播模型得到冰层覆盖下声场的传播损失,对比分析了传播损失与声波频率、声源深度的关系;结合冰层反射系数计算结果,解释了冰下信道具有频率选择性的原因。结果表明,冰层覆盖下声场传播具有明显的频率选择性,这种频率选择性是由声波频率和冰层厚度共同决定的。     

数字化地震观测及技术系统建设若干问题

首先论述了数字地震台网的基本特点和优点,然后着重论述数字地震台网技术系统建设中的若干问题,包括台址的选择,拾振器,采集器,传输信道和无线数字传输设备的选择和安装,以及系统安装中的总体技术要求等。