【摘要】：水聲信道具有復(fù)雜的時(shí)變和空變特性,海面的波動(dòng)、水體溫度的變化、不同海區(qū)海底介質(zhì)的差異等,都會(huì)對(duì)聲波傳播過(guò)程產(chǎn)生影響,導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生多路徑時(shí)延擴(kuò)展、載波相位起伏、多普勒擴(kuò)展等問(wèn)題。因此,對(duì)水聲信道狀態(tài)的合理評(píng)估和信道響應(yīng)的準(zhǔn)確估計(jì)具有很大的挑戰(zhàn)性。然而,水聲信道估計(jì)對(duì)水聲通信、水下目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、識(shí)別等均十分重要,尤其是在非合作的水下應(yīng)用場(chǎng)景中,對(duì)水聲信道傳輸函數(shù)的盲估計(jì)已成為一項(xiàng)具有重大挑戰(zhàn)又亟待解決的課題。論文圍繞水聲通信中盲信道估計(jì)問(wèn)題,利用海洋環(huán)境信息并結(jié)合聲傳播的物理特性開(kāi)展研究,以實(shí)現(xiàn)未知源信號(hào)先驗(yàn)信息條件下的信道解卷和信號(hào)解析。其中,由于海底的聲學(xué)參數(shù)很難通過(guò)直接測(cè)量的方式準(zhǔn)確獲得,使基于聲傳播模型的應(yīng)用效果存在較大的不確定性。本文采用聲學(xué)反演的方式通過(guò)遺傳算法獲得最優(yōu)的盲信道估計(jì)結(jié)果,并利用海試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了反演算法的有效性。針對(duì)低頻盲信道估計(jì),論文提出的�；ば诺拦烙�(jì)方法充分利用了聲傳播特性以及聲學(xué)環(huán)境信息,在未知信號(hào)先驗(yàn)信息的條件下估計(jì)信道響應(yīng)并恢復(fù)原始信號(hào)波形。首先,�；椒ń⒘寺晜鞑ツＰ团c信道估計(jì)之間的關(guān)聯(lián),利用海洋的環(huán)境參數(shù)作為先驗(yàn)信息用于建立合適的聲傳播模型;其次,采用匹配場(chǎng)處理方法進(jìn)行聲源定位以獲取盲信道估計(jì)的關(guān)鍵信息;最后基于簡(jiǎn)正波模型計(jì)算信道傳輸函數(shù)。利用SWellEx-96實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證,并同模濾波與合成時(shí)反相結(jié)合的盲信道估計(jì)方法、波束形成與合成時(shí)反相結(jié)合的盲信道估計(jì)方法進(jìn)行性能對(duì)比,顯示了結(jié)合匹配場(chǎng)處理的信道估計(jì)方法應(yīng)用于信道響應(yīng)盲估計(jì)的可行性和有效性。對(duì)于高頻盲信道估計(jì),由于隨著信號(hào)頻率的升高波長(zhǎng)變短,接收陣陣元的間距變得稀疏,接收陣對(duì)聲線的到達(dá)角度的分辨能力下降。同時(shí),高頻信號(hào)對(duì)傳播環(huán)境參數(shù)更為敏感,模型失配問(wèn)題嚴(yán)重。因此,上述直接采用聲傳播模型與接收信號(hào)進(jìn)行匹配處理的方法性能明顯下降。本文提出將差頻處理與空域?yàn)V波相結(jié)合的方法處理高頻接收信號(hào),并結(jié)合合成時(shí)反方法進(jìn)行盲信道估計(jì)。經(jīng)過(guò)仿真及KAM11實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,該方法在處理高頻信號(hào)盲信道估計(jì)時(shí)對(duì)失配具有寬容性。針對(duì)接收陣元個(gè)數(shù)較少的情形,作為對(duì)�；ば诺拦烙�(jì)方法的補(bǔ)充,論文設(shè)計(jì)了一種基于壓縮感知的盲估計(jì)方法以應(yīng)用于稀疏多徑水聲信道估計(jì)。該方法利用多陣元接收系統(tǒng)中子信道之間的相關(guān)性建立目標(biāo)函數(shù),基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法重構(gòu)得到稀疏水聲信道的沖激響應(yīng)。論文通過(guò)建立非合作水聲通信系統(tǒng)模型,對(duì)該算法進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明在信噪比較高的條件下,該算法可以較為準(zhǔn)確估計(jì)信道時(shí)延和幅度,進(jìn)而通過(guò)信道均衡實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的有效解調(diào)。調(diào)制識(shí)別技術(shù)是非合作水聲通信應(yīng)用場(chǎng)景中另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),在未知調(diào)制信息內(nèi)容以及調(diào)制參數(shù)的情況下,實(shí)現(xiàn)從接收信號(hào)中辨識(shí)信號(hào)所采用的調(diào)制樣式并估計(jì)出相應(yīng)的調(diào)制參數(shù),為后續(xù)的信號(hào)分析與解調(diào)提供依據(jù)。論文在盲信道估計(jì)獲得信道沖激響應(yīng)的基礎(chǔ)上,利用高階累積量特征的調(diào)制識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)了水聲通信調(diào)制信號(hào)的識(shí)別與解析,并通過(guò)仿真進(jìn)行驗(yàn)證。此外,基于最大似然比的調(diào)制識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)水聲正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)多載波信號(hào)的識(shí)別與解析,重點(diǎn)研究實(shí)測(cè)OFDM水聲通信信號(hào)的參數(shù)估計(jì)、子載波調(diào)制方式識(shí)別等技術(shù),并用KAM11海試實(shí)測(cè)信號(hào)驗(yàn)證算法的可行性。
【圖文】：

通信系統(tǒng)可以做出優(yōu)化調(diào)整，比如自適應(yīng)調(diào)制編碼（Ａｄａｐｔｉｖｅ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋Ｃｏｄｉｎｇ，逡逑ＡＭ＆Ｃ）、通信速率、功率控制以及位置調(diào)整。發(fā)射端根據(jù)接收端通過(guò)海上電磁波通信反逡逑饋的信道狀態(tài)，對(duì)信道編碼和調(diào)制方式和進(jìn)行調(diào)整，處理流程如圖１．１所示。該方法的局逡逑限性在于其反饋信息的傳輸方式，完全處于水下的通信系統(tǒng)無(wú)法利用電磁波傳輸反饋信息，逡逑而利用聲波傳輸則存在時(shí)延較大的問(wèn)題。�；诺拦烙�(jì)方法可以克服上述困難，因?yàn)樗曞义贤ㄐ畔到y(tǒng)所處的環(huán)境信息可以通過(guò)測(cè)量得到，那么結(jié)合聲傳播模型即可在發(fā)射端估計(jì)信道逡逑的狀態(tài)信息，如圖１．１紅色框中所示。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ?qū)⒛；诺罓顟B(tài)信息應(yīng)用在自主水下航行逡逑器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ邋Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ，，邋ＡＵＶ）平臺(tái)，提出一種環(huán)境自適應(yīng)的框架［５４］，邋—方面用逡逑于提高水聲通信質(zhì)量，另一方面用于ＡＵＶ路徑規(guī)劃。模基信道估計(jì)利用了環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)逡逑６逡逑

接收信號(hào)在幅度和相位上較原始信號(hào)有較大的偏差。因此，對(duì)非合作水聲通信逡逑信號(hào)的調(diào)試識(shí)別需要結(jié)合盲信道估計(jì)與信道均衡技術(shù)以抑制信道對(duì)接收信號(hào)的影響，從而逡逑提高調(diào)制識(shí)別正確率，如圖１．２中虛線方框所示。該部分內(nèi)容在文獻(xiàn)中尚未有系統(tǒng)的研究，逡逑論文將根據(jù)接收的頻率特征研究與之對(duì)應(yīng)的盲信道估計(jì)與信道均衡方法。逡逑邐邋邐１逡逑偵聽(tīng)Ｉ邋＿｜盲信悐邐Ｉ￣信道￣邋！邋ｒｗｗｗｉ邋解調(diào)與ｆｃ｜恢復(fù)逡逑信號(hào)估計(jì)均衡ｒｒｉ制分類(lèi)解密ｍ信息逡逑Ｉ邐，邐Ｔ逡逑Ｓｆ邋Ｈ邋調(diào)制邋１邐４Ｓ逡逑圖１．２非合作水聲通信系統(tǒng)原理框圖逡逑Ｕ論文主要研究?jī)?nèi)容逡逑論文圍繞水聲通信系統(tǒng)中盲信道估計(jì)問(wèn)題，利用海洋環(huán)境信息并結(jié)合聲傳播的物理特逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.3;P71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626235