發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 16:12

【摘要】：水聲通信成為近些年的研究焦點(diǎn)。由于海洋環(huán)境噪聲大、信道多途結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳播損失大等惡劣信道條件下,為了獲取更高的接收信噪比,通常采用大尺寸接收陣進(jìn)行接收信號。但這在水下潛器中并不適用,所以研究性能良好的小尺寸接收機(jī)十分必要。本文首先根據(jù)水聲信道特性建立了時(shí)變水聲信道物理模型、矢量信道物理模型和時(shí)變矢量信道物理模型,并通過對矢量信道的多途結(jié)構(gòu)和矢量場中聲壓信道與振速信道的相關(guān)特性分析可知,在矢量信號場中聲壓信道與水平振速信道是相干的,但聲壓信道與垂直振速信道是非相干的。在矢量噪聲場中,聲壓噪聲與振速噪聲均是非相干的;這為矢量自適應(yīng)信道均衡研究奠定了物理基礎(chǔ)。針對時(shí)變水聲信道存在嚴(yán)重的信道多徑干擾和信道多徑衰落問題,自適應(yīng)多通道判決反饋均衡器利用自適應(yīng)算法可以根據(jù)信道變化而改變均衡器權(quán)系數(shù)和垂直信道非相干的物理特性,有效地提高了均衡系統(tǒng)的輸出增益,但是這樣的接收機(jī)尺寸較大。矢量水聽器能同步共點(diǎn)地輸出矢量場中的聲壓與振速信息,同時(shí)利用在矢量信道場中聲壓信道與水平振速信道是相干的,聲壓信道與垂直信道是非相干的,但在矢量噪聲場中聲壓與振速是非相干的物理特性,研究了基于單矢量水聽器的自適應(yīng)信道均衡系統(tǒng)。通過對單矢量均衡系統(tǒng)與標(biāo)量均衡系統(tǒng)均衡性能的比較分析可知,矢量均衡系統(tǒng)比標(biāo)量均衡系統(tǒng)具有更好的均衡效果;對單矢量均衡系統(tǒng)中不同組合方式的均衡性能進(jìn)行比較分析可知,利用聲壓與水平振速的線性組合信號與垂直振速信號進(jìn)行自適應(yīng)多通道均衡的均衡性能最佳。為了進(jìn)一步提高單矢量均衡系統(tǒng)的均衡性能,利用時(shí)反的空-時(shí)聚焦特性對信道多途進(jìn)行有效地抑制,再利用自適應(yīng)判決反饋均衡器進(jìn)行消除殘余的碼間干擾,這有效地降低了均衡后的誤碼率。針對判決反饋均衡器若出現(xiàn)判決錯(cuò)誤時(shí)會導(dǎo)致錯(cuò)誤傳遞現(xiàn)象,利用水聲信道關(guān)于時(shí)間非對稱的特性進(jìn)行雙向判決反饋均衡,進(jìn)一步降低均衡誤碼率。對比分析了在不同環(huán)境參數(shù)、不同通信參數(shù)條件下單矢量自適應(yīng)均衡的性能,以及研究分析了單矢量自適應(yīng)均衡算法在時(shí)變信道中的性能。最后針對上述的理論分析進(jìn)行仿真和外場實(shí)驗(yàn),對單矢量自適應(yīng)均衡算法、雙向判決反饋均衡算法、結(jié)合時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)的自適應(yīng)均衡算法和分?jǐn)?shù)間隔均衡器的均衡性能進(jìn)行驗(yàn)證。
【圖文】：

道的特性本來就非常復(fù)雜，再加上一些人類活動使得海洋的環(huán)復(fù)雜的海洋環(huán)境噪聲直接影響了接收信號的信噪比。我們都知帶寬是非常窄的，因?yàn)槁暡◣挼南孪揞l率主要受海洋環(huán)境噪上限頻率取決于聲波在海洋中的傳播吸收損失。境噪聲的噪聲源很多，一般淺海區(qū)的噪聲源主要有潮汐、暴雨船舶噪聲、海岸的人類活動噪聲等；而一般在深海，其主要的海水靜壓力、地震擾動、海洋湍流、波浪非線性作用引起的低聲、風(fēng)成噪聲（海面波浪噪聲）及熱噪聲等[40]。于岸上人類活動的影響在不同地區(qū)有很大的不同，這也使得在聲的區(qū)別也非常大，而深海區(qū)的環(huán)境噪聲一般會比淺海噪聲穩(wěn)環(huán)境噪聲會比深海區(qū)的壞境噪聲高 10dB[41]。多途效應(yīng)嚴(yán)重海洋環(huán)境中傳播，由于受海面和海底的反射向前傳播，導(dǎo)致接達(dá)的聲波信息，這就是水聲信道中普遍存在的多途效應(yīng)，如圖

pa 。而這些個(gè)參數(shù)在其各自的范圍內(nèi)是時(shí)變的。如圖2.2所示為收發(fā)間距為1km，發(fā)射深度為20m，接收深度為40m，，海深為100m，聲速梯度如圖 2.2(a)所示，通過模型計(jì)算得到的一個(gè)時(shí)變信道。（a）聲速梯度 （b）時(shí)變信道沖激響應(yīng)函數(shù)圖 2.2 聲速梯度和時(shí)變信道沖激響應(yīng)函數(shù)0 50 100 150 20000.511.522.533.544.5x10-3t=2.5s時(shí)的信道沖激響應(yīng)時(shí)延/ms信道沖激響應(yīng)0 5 10 15 20 25 3000.20.40.60.81hp時(shí)間相關(guān)性系數(shù)觀測時(shí)間/s歸一化相關(guān)峰值（a）t=2.5s 時(shí)的信道沖激響應(yīng) （b）時(shí)變信道的時(shí)間相關(guān)系數(shù)圖 2.3 時(shí)變信道中 t=2.5s 的信道沖激響應(yīng)和時(shí)間相關(guān)性系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.3

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本文編號：2657560