【摘要】：隨著人類海洋活動的日益頻繁,以及諸如自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)等移動平臺技術的迅猛發(fā)展,人們對于水下無線通信的要求也不斷提高。水聲信道作為公認最復雜的無線信道之一,在移動場景下存在不可忽略的多普勒效應以及時變的多徑干擾的特點�，F(xiàn)階段水聲通信研究的熱點聚焦在信道均衡、多載波調(diào)制、空間調(diào)制等方向,但基于雙曲調(diào)頻(Hyperbolic Frequency Modulation,HFM)信號的非相干水聲通信方法憑借其實現(xiàn)簡單、通信穩(wěn)定可靠、通信功耗低等優(yōu)點,適合應用于AUV移動通信場景。本文主要研究基于HFM信號的移動水聲通信關鍵技術,包括多普勒估計方法和調(diào)制解調(diào)技術。本文首先介紹了水聲信道的基本特性,尤其關注移動場景帶來的信道條件惡化情況,并利用Bellhop射線模型對實驗水聲信道進行建模,用以后續(xù)的水聲通信系統(tǒng)仿真。然后研究基于正反掃頻HFM信號的多普勒估計和幀同步方法。推導HFM信號的模糊函數(shù)主脊表達式,并以此為依據(jù)給出正反HFM方法估計多普勒因子的表達式,最后提出一種新的多普勒估計方法,稱為“正反HFM聯(lián)合M序列方法”。通過與兩種目前常用的多普勒估計方法進行仿真對比,本文提出的方法具有計算開銷小并且支持實時在線處理的優(yōu)勢。接下來研究基于HFM信號的適用于移動水聲通信的調(diào)制解調(diào)技術。結合Chirp 調(diào)制(Chirp Modulation,CM)、跳頻(Frequency Hopping,FH)技術和 Pattern時延差編碼(Pattern Time Delay Shift Coding,PDS)技術,提出一種可以有效對抗多普勒擴展效應、噪聲干擾和強多徑干擾的通信制式,稱為PDS-FH-CM方法,并通過仿真對比驗證其穩(wěn)定性和可靠性。最后介紹移動水聲通信實驗的過程和結果�；贏UV平臺開展了多普勒估計實驗,通過對比搭載在AUV上的測速傳感器數(shù)據(jù)與正反HFM方法估計出來的相對運動速度,驗證了正反掃頻HFM方法估計多普勒的有效性;還開展了基于移動小船的湖上和海上通信實驗,通過統(tǒng)計實驗的誤比特率結果,驗證本文提出的調(diào)制方式的有效性,并將實驗結果與仿真結果進行了對比印證。
【圖文】：

AUV在海面上航行

ａ（ｆ）邋＝邋０Ａｌｆ邋＋邐４４邋ｆ邋－邋＋２．７５邋ｘｌＯ＾／２＋邋０．００３邐（２．２）逡逑ｌ＋ｆ２邋４１００＋／２逡逑其中／為聲波頻率，單位為ＫＨｚ。圖２．２表示吸收系數(shù)（１０１ｇａ（／），單位為逡逑ｄＢ／ｋｍ）與聲波頻率的關系，可以看到吸收系數(shù)隨聲波頻率的增大而增大，，因此為逡逑了保證遠距離傳輸，采用的聲波信號頻率不宜過大。逡逑８逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.3

【參考文獻】

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本文編號：2524828