伪时反水声通信技术研究

论文摘要

水声数字通信近年来在国际上发展迅速，时间反转法处理是一项新颖的技术，受到国际水声界的很大关注。 本论文结合国家863课题“水下仪器水声数据传输技术研究”和中船重工集团公司支撑课题“水声网络节点技术研究”，通过对水声信道特点的比较、分析，选定伪时反处理技术和扩频通信技术，作为本课题的研究重点。 水声信道存在多径效应和多卜勒频偏；相对于水声信号的传输、接收，水声信道等效为一个滤波器。并由此推导出发射信号、接收信号的时域和频域的计算公式。发送编码信号之前，先发射探针信号(Probe)进行信道估计，结合扩频通信技术，进行255码元的信息编码和BPSK信号调制，再将编码信号和探针信号进行卷积并发射。在接收端，将包含信道响应的探针信号和卷积信号进行共轭处理，以消除信道响应在相位上对编码信号的影响。信道估计和系统帧同步信号采用线性调频信号。通过m序列的拷贝相关检测发射的信息。 在理论研究的基础上，建立了水声信道模拟器。用MATLAB进行计算机仿真，验证伪时反处理技术和扩频通信技术的性能，用各种图表曲线比对了几种处理方法的差异。由仿真结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术从理论上可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应，但对于多卜勒频偏造成的干扰其效果一般。 最后，进行海洋试验验证，对海试采集的水声数据进行计算机处理，用图表比对二种处理方法的差异。由海试数据处理结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 水声通信技术发展现状
• 1.3 水声通信系统的信道特点
• 1.3.1 水声传播模型
• 1.3.2 水声信道的主要特点
• 1.4 水声通信系统的理论模型
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 伪时反处理技术和信息编码调制
• 2.1 时反镜声学原理
• 2.2 伪时反通信
• 2.3 通信系统同步
• 2.4 编码和译码
• 2.5 本章小结
• 第3章 水声扩频通信
• 3.1 扩频通信概述
• 3.2 直接序列扩频
• 3.2.1 组成与原理
• 3.2.2 直扩信号的波形与频谱
• 3.2.3 m序列相关特性
• 3.3 m序列的生成
• 3.4 扩频通信中的伪随机码
• 3.5 BPSK信号调制和检测
• 3.5.1 信号调制
• 3.5.2 信号解调
• 3.5.3 m序列检测
• 3.6 本章小结
• 第4章 信道传输仿真和编码解码仿真
• 4.1 仿真信道模型
• 4.2 仿真参数
• 4.3 信道模拟器
• 4.4 仿真程序框图
• 4.5 仿真及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 海试和数据处理
• 5.1 通信试验系统组成
• 5.2 试验
• 5.3 试验数据处理
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历