作為實(shí)現(xiàn)水下信息無線傳輸?shù)挠行侄?水聲通信技術(shù)在民用與軍用上都具有廣闊的應(yīng)用前景。但水聲信道是迄今可知最復(fù)雜無線信道之一,其空-時(shí)變特性嚴(yán)重影響了水聲通信穩(wěn)健性。在安全通信場合,保證穩(wěn)健性同時(shí)提出隱蔽性需求。然而現(xiàn)有的隱蔽水聲通信技術(shù)多數(shù)是對無線電通信的簡單借鑒,而沒有充分考慮水聲信道環(huán)境、傳輸介質(zhì)和收發(fā)傳感單元的特殊性,難以做到真正有效的穩(wěn)健隱蔽水聲通信。因此本論文通過研究海洋水聲信道傳播特點(diǎn),針對現(xiàn)有通信技術(shù)在海洋水聲信道上隱蔽性及穩(wěn)健性不足,提出了一種基于混沌序列的正交寬帶調(diào)制解調(diào)技術(shù),該技術(shù)采用相互正交且具有尖銳自相關(guān)的寬帶信號作為信息載體,其中選用統(tǒng)計(jì)特性接近環(huán)境噪聲的混沌序列作為所需的寬帶信號來提高通信隱蔽性,并采用歐氏距離分類器對接收信號進(jìn)行非相干分類判決解調(diào),可有效抑制水聲信道因多途傳播而引起的頻率選擇性衰落和環(huán)境噪聲,從而更好地實(shí)現(xiàn)在低信噪比條件下可靠穩(wěn)健的隱蔽水聲通信。本文首先介紹了海洋水聲信道的物理特性和現(xiàn)有一些有代表性的水聲通信技術(shù),然后提出了一種基于混沌序列的正交寬帶調(diào)制方法,并詳細(xì)闡述了該方法的調(diào)制解調(diào)原理,重點(diǎn)研究了基于混沌序列的正交寬帶調(diào)制解調(diào)方法的抗... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

海洋環(huán)境噪聲因素簡圖

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文9高斯噪聲對通信穩(wěn)健性的影響，因此在對通信方法進(jìn)行設(shè)計(jì)及研究時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。此外，海洋水聲信道背景噪聲會(huì)影響接收端的接收信噪比，降低通信性能。但為保證正確解調(diào)，必須滿足足夠高的信噪比，因此對接收端的去噪算法和發(fā)射端的發(fā)射功率提出更高的要求。2.1.3多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)是水聲信道的一個(gè)重要特性，也是干擾水聲通信性能主要原因之一。海洋中的多徑形成是由兩種效應(yīng)控制的：表面的聲音反射或者聲音在海洋中任何物體上的反射，以及聲音在水中的折射，后者是聲速空間變異性的結(jié)果。一束聲音總是朝著低速區(qū)域進(jìn)行彎曲，其規(guī)律服從斯奈爾定律。在海洋中，水的溫度會(huì)隨著深度的增加而降低，而水的壓力的增加卻不足夠抵消水溫對聲速的影響，當(dāng)在聲源處發(fā)射一束信號，每束聲線將各自沿著一條與其他聲線略有不同的路徑進(jìn)行傳播，因此離聲源有一定距離的接收器將接收到多個(gè)聲線信號，其中聲射線傳播簡化模型如圖2.2所示。聲道的沖激響應(yīng)會(huì)受到聲道的幾何形狀以及其反射和折射特性的影響，這些特性決定了有效傳播路徑的數(shù)目，也進(jìn)而決定了聲道中各個(gè)傳播路徑的相對強(qiáng)度和延遲，但嚴(yán)格地說，在聲道中會(huì)存在有無限多的聲線信號，然而那些經(jīng)歷多次反射而失去了大量能量的聲線信號并不能到達(dá)接收器或者其信號強(qiáng)度極其微小，所以可以被忽略不計(jì)，最后只會(huì)剩下數(shù)量有限的一些重要的傳播路徑。圖2.2聲射線多徑傳播簡化模型多徑效應(yīng)會(huì)對聲信號造成嚴(yán)重的小尺度衰落，即會(huì)造成頻率選擇性衰落，這是因?yàn)橛袝r(shí)延路徑信號的存在，不同頻率的發(fā)射信號，在經(jīng)歷多徑時(shí)延后的合成信號會(huì)出現(xiàn)某些頻率被增強(qiáng)而某些頻率被削弱的現(xiàn)象，并且把受影響基本一致的

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11重要因素。水下設(shè)備常會(huì)受到波浪、水流和潮汐的影響，使得聲信號產(chǎn)生不可忽略的多普勒頻移，因此必須對聲信號產(chǎn)生的多普勒頻偏進(jìn)行估計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償修正。多普勒效應(yīng)在時(shí)域上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)幀的時(shí)間壓縮或擴(kuò)展，因此可以通過對收發(fā)兩端的數(shù)據(jù)幀長度之差來對多普勒頻移進(jìn)行估計(jì)，此方法稱之為基于數(shù)據(jù)分組長度估計(jì)的多普勒估計(jì)[46]，假設(shè)發(fā)射端發(fā)射頻率為fs的信號，且接收端相對于發(fā)射端以速度為v運(yùn)動(dòng)，取接收端到發(fā)射端為正方向，則多普勒頻移fd為：ssdffcvf**(2.6)其中，c表示為聲信號的傳播速度，Δ表示為多普勒因子，c和v的單位為m/s，fd和fs的單位為Hz。在接收端可以通過基于數(shù)據(jù)分組長度估計(jì)的多普勒估計(jì)方法對多普勒頻移fd進(jìn)行估計(jì)。假設(shè)發(fā)射端發(fā)射的信號的數(shù)據(jù)分組設(shè)定長度為Ls，在接收端接收到的信號的數(shù)據(jù)組為Lr，其中可以利用同步頭對數(shù)據(jù)分組長度進(jìn)行估計(jì)得到。則多普勒頻移估計(jì)為：ssdffLLLf**^121^(2.7)由公式（2.7）可知，為了估計(jì)出多普勒頻移，需要先估計(jì)出接收信號的數(shù)據(jù)幀長度，而估計(jì)接收信號的數(shù)據(jù)幀長度方法之一是采用在數(shù)據(jù)幀兩端插入已知同步頭信號，然后使用匹配濾波器對接收信號進(jìn)行相關(guān)函數(shù)計(jì)算，匹配濾波器輸出信號的兩個(gè)相關(guān)峰之間的間隔就可以得到數(shù)據(jù)幀長度。此方法的示意圖如圖2.3所示。其中在工程上常采用線性調(diào)頻（LFM，LinearFrequencyModulation）信號作為同步頭信號。圖2.3利用匹配濾波器估計(jì)數(shù)據(jù)幀長度

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[5]短波猝發(fā)信號檢測與調(diào)制識別技術(shù)[D]. 王萌.哈爾濱工程大學(xué) 2017
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[7]基于Hadamard變換的二階差分水聲擴(kuò)頻通信技術(shù)研究[D]. 楊光.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[8]仿海豚叫聲水聲通信技術(shù)研究[D]. 劉冰潔.哈爾濱工程大學(xué) 2015
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本文編號：3385976