多径传播的水声信号模拟研究

对海洋水声信道特性进行了分析，阐述了中远距离浅海声环境多径效应的形成机理，构造了适合于计算机实时模拟的水声数据信号数学模型。用计算机模拟实现了通过调节发射信号载波频率及多径效应干扰程度等参数来调整水声信号。     

水声多径时延的自适应参数估计

从浅海声信道的特性出发，研究水下声信道的多径时延，提出自适应模型，给出水声信道自适应模拟的方法，以达到对水声多径信道的计算机模拟。模型的建立适合于自适应算法，较为简洁，在保证估计精度的情况下，可减少计算量，为水声信道的研究提供一种途径。     

基于被动时间反转-卷积神经网络的 OFDM水声通信系统研究

水声（Underwater Acoustic，UWA）信道的多径效应和多普勒效应造成正交频分复 用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）水声通信系统接收端符号间干扰和载 波间干扰，降低系统性能 . 构造一种新型的被动时间反转-卷积神经网络（Passive Time Reversal-Convolutional Neural Network，PTR-CNN），并将其应用于 OFDM 水声通信系统接收 端 . PTR-CNN 网络的构造包括两部分，首先，基于被动时间反转理论削弱多径增强主路径信 息能量；其次，将上述输出结果转换成二维矩阵，再输入卷积神经网络中进行信号检测，同时 对抗多径和多普勒效应带来的干扰；最后，网络输出直接恢复比特流 . 仿真和试验结果表明， 与目前主流信道估计和信号检测算法相比，所提方法能够提升系统的可靠性，在不同水声信 道环境测试中均具有较好的鲁棒性.     

基于时间反转的水声信道判决反馈均衡算法

水声通信系统中多径扩展对水声信号传输有不利影响,而传统自适应均衡器不能实时补偿信道时变多径效应,因此利用时间反转技术的空时聚焦性,将时间反转技术与T/2分数间隔判决反馈均衡器相联合,构建了基于时间反转的水声信道判决反馈算法。仿真实验说明该算法可抑制码间干扰,降低误码率,验证了新算法的正确性和有效性。     

存在多流干扰的水声信道信号检测初探

为提高海洋水声通信系统的传输速率,采用并行多发射源技术是可行方案之一,其存在的困难是接收信号存在多流干扰,海洋水声信道又存在比较严重的多途径干扰,因此须对接收端信号检测器的抗多流及抗多径性能进行全面考察.初步研究了正交动态滤波器的抗多流和多径干扰的能力,在无多径干扰的情况下,理论分析和仿真结果均显示其在检测信号的同时可以完全抑制多流信号的干扰,在存在多途径干扰的情况下,仿真结果显示其信号检测能力及抗多流干扰能力虽有所下降,但是,在多途径效应不是特别严重的情况下,仍可正确地检测出所需信号.     

采用时间反转的调频水声语音通信方法

调频语音通信技术具有抗干扰性能好、易于实现的特点,但在水声信道多径条件下调频体制传输的水声语音质量受到严重影响.针对此问题在调频语音通信体制下引入时间反转处理,通过抑制多径效应聚焦能量提高信号信噪比,改善调频水声语音通信性能,并采用客观语音质量评估(perceptual evaluation of speech quality,PESQ)方法对调频水声语音通信质量进行评估.海洋试验证明,时间反转处理可有效提高调频水声语音通信系统性能.     

基于字典设计的正交线性调频信号复用水声通信系统

基于离散菲涅耳变换的正交线性调频信号复用技术(OCDM)具有一定的抗多径能力,近年来成为极具潜力的水声多载波通信方法.然而,由于水声信道严重的多径扩展和多普勒扩展,降低了OCDM水声通信系统可靠性,限制了OCDM应用于水声通信系统的可行性.为了增强OCDM水声通信系统的抗多径和抗多普勒能力,可以通过改变载波的时频特性以...     

基于相空间重构和核主分量的水声信号增强

多径衰落是水声信道的主要特征,利用多径衰落信道具有的混沌行为,提出一种新的抗多径干扰的方法.建立基于混沌相空间的水声信道模型,利用核技巧φ(x)·φ(y)=k(x,y),通过核主分量分析提取相空间数据中累积贡献率达到90%的非线性核主分量,然后利用核主分量逆向投影回原相空间,通过去掉噪声干扰等次分量,提高水声衰落信号的信噪比.基于实测水声数据的仿真实验结果表明,该方法能将chirp水声信号信噪比提高7.76 dB,达到对多径衰落水声信号增强的目的.      

基于Chirp-BOK扩频的水声通信系统

利用线性调频(Chirp)信号在水下通信中具有良好的抗噪声和抗多径特性,提出基于Chirp-BOK(binary orthogonal keying,二进制正交键控调制)扩频的水声通信系统。系统采用二进制正交键控调制以及匹配滤波接收器,利用正向调频信号和反向调频信号,结合BOK调制技术,实现适合水声环境的扩频通信系统。噪声信道和多径信道下的仿真实验结果表明,该系统具有良好的抗噪声和抗多径性能,适用于水声系统的扩频通信。     

水声扩频通信系统的传输误码率研究

扩频通信技术具有较好的抗干扰和抗多径的能力,而水声通信信道具有噪声干扰大、多径效应强的特点,因此扩频通信技术在水声通信中占有非常重要的地位。本文首先分析水声扩频通信系统中不同类型噪声对系统的影响,以及特定类型噪声影响下,采用不同扩频码速率对系统性能的影响;然后用MATLAB仿真工具,对上述分析结果进行仿真验证。最后得出的结论为:在各类水声信道下,用扩频通信系统传输信号,采用不同的扩频码速率将会对通信性能产生不同的影响。     

直扩技术在水声通信中的可行性研究

针对水声信道多途效应和强噪声环境的特性,利用扩频系统本身良好的抗多径和抗干扰能力,本文通过MATLAB平台编写水声直接序列扩频通信系统并进行相关仿真,获得其在多径干扰和低信噪比这两个因素影响下的传输误码率,从而分析直扩技术具有抗多径和抗干扰能力。最后通过水声通信设备出海实验,采集数据图像,分析直扩技术在水声通信中的可行性。     

高大建筑和物体产生的多径效应对移动通信的影响

本文首先讨论高大建筑和物体对电波进行反射而产生多径效应的原理，在此基础上分别论述了多径效应对模拟信号的包络产生服从瑞利分布规律的深度衰落影响；多径效应对数字信号的传输造成多径时散，从而使数字信号的传码率降低；多径效应对传输信号本身造成频率选择性衰落的影响，而这将限制所需传输信号的频带带宽。     

STLFM在水声通信系统同步测算中的应用

通过对对称三角线性调频(STLFM)信号在分数阶傅里叶域能量汇聚性的分析,提出了采用STLFM信号作为同步码,基于分数阶Fourier变换(FRFT)的正交多载波水声通信系统的联合同步算法,并以同步误码率(BER)作为评价指标,在有噪声、多径传输和多普勒效应三种环境组合下与传统OFDM系统采用线性调频(LFM)信号作为同步码进行仿真分析比较.仿真结果表明,在复杂的水声环境中,该算法在低信噪比时可以获得更精确的同步性能和更低的误码率.     

基于时反处理法的水下目标探测研究

水声信道存在多径效应、多卜勒频偏及各种噪声干扰.时反法能利用声波的互易性原理及波动方程的时反不变性,将收稿日期的信号进行时间反转后再重新发射,使得声音信号能够在原声源位置实现聚焦,可以有效地消除水声信道的多途效应.综述三种基于时反处理的水下目标探测方法:反复迭代法、DORT法(时反算子分解法)及MUSIC法(多信号分类算法).通过反复迭代进行时反操作,可以明显提高聚焦信号能量;DORT法和MUSIC法是在迭代时反的基础上进一步分析时反算子而得出的主动时反定位算法.利用DORT法及MUSIC法,可以对水下目标实现主动探测,定位出目标的具体位置.     

基于多径参数模型和混合优化的时变水声信道跟踪

针对海洋水声信道的稀疏特性,将多径水声信道冲激响应建为一个由各多径分量的时延和幅度组成的多径参数模型.该模型中输入信号向量产生的响应与多径时延参数呈非线性关系,与多径幅度参数呈线性关系.基于此特点,针对海洋水声信道的时变特性,分别采用进化算法和LMS自适应算法对模型中的多径时延和幅度参数进行混合寻优,从而解决时变信道条件下模型参数寻优困难的问题.仿真及海试信道跟踪实验结果表明:采用多径参数模型可降低模型寻优对象的维数,减少运算复杂性,提高估计效率;采用混合优化算法可减少多径参数模型的非线性寻优的复杂度,与进化算法相比,该算法具有更优越的时变信道跟踪性能.     

自适应遗传算法抑制复杂短时延Galileo BOC(1,1)多径

针对传统GPS多径抑制算法无法在复杂短时延多径情况下准确估计出Galileo BOC(1,1)多径信号,提出一种隐含多径数量参数的多径模型,并构造自适应遗传算法对实际多径信号进行估计.当实际多径参数变化不大时,引用上次估计的多径参数,直到多径模型发生较大变化时,再启动遗传算法进行多径估计.城市峡谷中多径信号频繁消失和出现,而文算法中隐含对消失多径信号的估计,当消失的多径信号再次出现时,可以快速获得多径估计模型.本算法对于BOC(1,1)多径信号估计更加准确,有效地减小复杂短时延多径环境下每个通道的伪距测量误差,从而提高了Galileo接收机的定位精度,并且在一定程度上减小了计算量.     

水声OFDM系统多普勒频移和信道的联合估计

水声通信是近年来研究的热点,但由于水声信道本身的问题,如多径延迟、多普勒频移、信号衰减、窄带宽、时变等特点,使得水声通信传输数据速率低,传输误码率(BER)高.正交频分复用(OFDM)在水声通信中具有很大优势,但它对载波频率偏移(CFO)敏感.基于循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)的水声通信系统,对多普勒引起的CFO进行补偿,同时利用延迟-多普勒域中的稀疏性对水声双选信道进行压缩感知信道估计.通过计算机仿真和水池实验,验证了这种双选信道估计的有效性和可靠性.     

基于小波变换的多径回波的检测

本文提出一种基于小波变换的多径回波检测的新方法。该方法通过对回波信号的局部奇异性的检测和处理，确定回波数目和定位各个回波到达时刻，计算机模拟的结果证实了本文所提方法的有效性。     

一种低复杂度高精度多路GNSS多径信号模拟方法

为了对GNSS信号多径抑制算法进行研究,需要采用GNSS信号模拟器对各种多路多径环境进行高精度的模拟。传统多径生成方法信号通道数量和控制复杂度会随多径路数线性增加,限制了模拟器对复杂多径场景的模拟能力。在对多径信号建模分析的基础上,提出一种基于固定阶数复数滤波器的低复杂度多路多径信号高精度模拟生成方法。理论上,利用该方法仅以单个通道就可生成上百路多径信号,从而克服传统多径实现方法在生成方式上的缺点,有利于实现对复杂多径环境的模拟。并从几种典型相干早迟码间隔跟踪环路输出S曲线和过零点偏差的角度对两者的一致性进行定量分析。仿真验证结果表明:所提方法产生的多路多径信号对信号时域波形和码相关峰产生的畸变效果与仿真产生的参考多径信号的畸变效果相一致。     

TDOA定位中到达时间及时间差误差的统计模型

移动通信环境中，非视距传播与多径效应引起的信号附加时廷是影响TDOA定位精度的主要因素，深入研究信号到达时间差误差的统计特性，有利于进一步提高TDOA定位的精度．基于移动通信环境中非视距传播信号附加时廷服从指数分布的特性，综合考虑信号检测过程中引入的系统误差，利用统计分析方法，建立了信号到达时间的统计模型和到达时问差的误差分布模型，模型反映了蜂窝网络中信号到达时间和到达时间差误差的统计规律，模拟实验证明了模型的有效性．