發(fā)布時間：2018-03-14 11:04

  本文選題：淺海水聲通信　切入點：雙擴展信道　出處：《浙江大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：以聲波作為載體的通信技術(shù)是實現(xiàn)水下遠距離高速信息傳輸?shù)奈ㄒ挥行侄�。為了提高頻譜利用率,應(yīng)對越來越多的高速水聲通信的應(yīng)用要求,相位調(diào)制技術(shù)已經(jīng)取代了過去的頻率調(diào)制技術(shù)成為了水下通信研究的主要內(nèi)容。考慮到海洋動態(tài)性帶來的信道相位響應(yīng)的快速起伏變化,相位調(diào)制技術(shù)十分容易受到聲傳播環(huán)境的影響。總結(jié)其影響主要體現(xiàn)在由界面反射、介質(zhì)散射帶來的多徑時延擴展,由界面、介質(zhì)、平臺運動帶來的多普勒擴展,以及這些擴展隨時間的變化。這樣的信道通�？偨Y(jié)為時變雙擴展信道,經(jīng)過該信道傳播的信號會在時延和多普勒兩維上展寬,并且伴隨有隨機起伏。當多普勒擴展較大時,無法用單一的多普勒因子進行補償,需要聯(lián)合估計出時延和多普勒兩維信息,才能恢復(fù)出在信道中經(jīng)過兩維展寬的信號；而當信道的時變性較明顯時,需要實時更新信道估計的結(jié)果,才能保證接收機性能的穩(wěn)定。本文針對淺海起伏環(huán)境下水聲信道具有的時延、多普勒雙擴展特性及時變特性,以時變水聲信道建模-雙擴展信道估計-雙擴展信道跟蹤為主軸,研究相干水聲通信技術(shù)。 水聲信道特性的研究是設(shè)計和仿真分析水聲通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文首先從理論上分析了傳統(tǒng)的簡正波模型和射線模型實現(xiàn)雙擴展建模的方法；其次討論了用有限的參數(shù)描述通信信道輸入輸出關(guān)系的路徑參數(shù)化模型；然后詳細研究了在已知接收發(fā)射源位置以及波導(dǎo)環(huán)境信息的情況下,基于鏡像法模擬滿足水聲物理傳播衰減和海面海底反射條件環(huán)境約束的雙擴展信道的方法,并且對各路徑的衰減幅度進行自回歸建模,得到時變的水聲雙擴展信道模型。 研究信道的時延和多普勒兩維特性既可以獲取收發(fā)雙方和環(huán)境的空間位置信息,也可以獲取平臺的運動信息和環(huán)境的動態(tài)演化知識,因此研究雙擴展信道能夠有效、完備地利用蘊含在信號中的信息。需要指出的是雙擴展信道估計問題本身是一個欠定逆問題,并不能通過傳統(tǒng)的估計方法獲得,本文從約束優(yōu)化和匹配濾波兩個角度來解決估計問題。從約束優(yōu)化角度,相關(guān)研究已經(jīng)成功地將壓縮感知理論中的稀疏重構(gòu)算法應(yīng)用到擴展函數(shù)的估計問題,本文選擇其中的正交匹配追蹤算法進行理論和仿真研究。從匹配濾波的角度,本文提出了基于互模糊度函數(shù)的信道估計方法。基本原理是：計算接收信號與發(fā)射信號的互模糊度函數(shù),得到有模糊尖峰的二維平面；并在此平面上以噪聲門限估計時延,以時延維的極大值估計多普勒。論文通過仿真比較發(fā)現(xiàn)：正交匹配追蹤算法用較多的訓(xùn)練序列可以得到更為準確的估計結(jié)果,但當訓(xùn)練序列不足時,其表現(xiàn)出了對算法參數(shù)選擇的敏感性；基于互模糊度函數(shù)的算法則能夠根據(jù)接收信噪比對算法參數(shù)進行調(diào)整,并且考慮其較低的計算復(fù)雜度,可以通過更快的更新估計來提高時反接收機的整體性能。 由于信道的動態(tài)時變,信道當前估計的結(jié)果往往無法準確地補償后續(xù)時刻的信道,因此實現(xiàn)對雙擴展信道的跟蹤是實現(xiàn)可靠有效水聲通信的又一關(guān)鍵。針對信道的時變性,本文從自適應(yīng)濾波理論出發(fā),通過挖掘信道稀疏性和建立動態(tài)模型的兩種方法來對抗由海洋動態(tài)特性帶來的信道變化,并進行了仿真驗證。前者是將傳統(tǒng)自適應(yīng)算法和稀疏約束問題的代價函數(shù)相結(jié)合的序貫稀疏估計,本文將已有的零吸引算法引入到擴展函數(shù)的跟蹤問題中,試圖通過稀疏約束降低該跟蹤問題的自由度；后者則是直接建立雙擴展信道向量的動態(tài)演化模型,通過卡爾曼濾波對信道向量進行序貫更新,濾波輸出即為每一時刻的雙擴展信道向量。 最后結(jié)合實驗數(shù)據(jù),論文驗證了傳統(tǒng)時反均衡接收機用于雙擴展信道水聲通信的局限性,總結(jié)了將本文所述算法融入時反接收機的信號處理結(jié)構(gòu),并且驗證了系統(tǒng)的可行性。實驗處理結(jié)果表明：在真實環(huán)境中,基于互模糊度函數(shù)的信道估計算法能以較低的復(fù)雜度和較少的訓(xùn)練序列得到優(yōu)于正交匹配追蹤算法的估計結(jié)果；為了應(yīng)對信道的時變引入的動態(tài)稀疏序貫跟蹤無法收斂,而動態(tài)卡爾曼跟蹤能夠在塊處理的基礎(chǔ)上解調(diào)出信號。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.3;P733.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Attack Simulation Model and Channel Statistics in Underwater Acoustic Sensor Networks[J];Tsinghua Science and Technology;2011年06期

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1 余子斌;水聲雙擴展信道空時Turbo通信系統(tǒng)[D];浙江大學(xué);2014年

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本文編號：1610925