水声通信技术研究进展

介绍水声通信技术的发展历程与技术现状.围绕水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)水声通讯课题组的研究方向,介绍课题组在水声信道传输特性与匹配方法,水声语音、图像、数据通信技术研究,水声网络与立体通信等领域的研究进展和研究成果.     

单指向性水听器的研究

对二元基阵经电子移相形成单指向性的原理进行了理论分析，并采用三种形状不同的压电材料作为基阵的基元，制作了三种水听器，实验测定结果与理论结果一致，获得较好的单指向性。     

3种炸药水下爆炸的声波特性测试及其对比分析

为了比较不同类型炸药水下爆炸的声波干扰特性,通过TNT,RS211和RS3-4炸药的水下爆炸实验与测试,从5个方面对比分析了3种炸药水下爆炸的水声特性,即冲击波的衰减特性、冲击波的持续时间、炸药能量特性、声压级及功率谱. 结果表明,炸药水下爆炸可以作为强水声干扰源,但在不同距离上3种炸药的声学特性是不一样的,其干扰性能也不同.     

水声数据传输中较大功率高可靠性发射机的研究

为了把电信号转成声波进而在海洋信道中传输，研制一种高可靠性的水声发射机显得格外重要，通过研究水声发射机较大功率应用时，传统推挽功放在采用方波激励驱动电抗性负载所面临的可靠性问题，进一步提出在电路上的各种改进措施，从而避免了因空载、单边激励等原因对功率器件的损坏，并且通过长期的出海考验，证实了改进后发射机的高可靠性，因此对整机的性能有很大的改善，同时这些改进方案对于提高结采用ＰＷＭ信号驱动电抗性负载     

浅海水声通信网的FH-CDMA方案研究

首先简要介绍了水声通信网的概念和设计要求，然后对水声通信网的多址技术进行了探讨，提出了一种稳健的、适用于浅海水声通信网的跳频码分多址(FH-CDMA)方案．通过对浅海水声信道进行建模仿真，并在此基础上构建网络仿真系统，分析并比较了FH-CDMA方案在不同传输条件下的水声信道中的性能．仿真实验表明：在浅海信道环境下该方案具有较强的适应性．     

水声换能器在海底通信中的研究

为了实现封堵器海洋工作环境中的无线遥控动作,封堵器海底工作中采用了水声通信技术。水声换能器在水下通信过程中起到了无可替代的作用。整个水声通信过程可以归结为首先由PC机发出指令给调制解调器,经功率放大匹配后送至水声换能器,水下部分按逆方向接收。本文对水声通讯频率的选择及水声换能器的选型进行了研究,并利用中国科学院水声研究所研制的FSQ-37型水声换能器,进行了换能器性能测试试验,确定了水声通讯的载波频率。水声换能器的研究将会对海底石油管道水下维修时通信的稳定性和可靠性提供较高的保障。     

两种水声信号声源级的近似测量方法

精确测量长脉冲水声信号的声源级通常要在大型消声水池中进行.然而对多数科研单位来说,并不具备这样的测试条件.本文介绍了一种近似的测量方法,它采用电、声结合,长、短脉冲信号结合的方法,可以在普通水池里以长脉冲水声信号的声源级进行测量,其测量精度优于3dB.还介绍了一种测量限带噪声声源级的方法,它是在一个1×2×2m~3的消声小水槽中进行的,可以取得接近于在大型消声水池中所得到的测试结果.     

两种射线方程形式的混沌行为研究

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水声定位系统原始信号的硬,软件模拟

以随艇坐标系短基线系统为例介绍水声定位系统原始信号的基本特点、时序关系,以及如何用微处理机及其支持电路来具体地加以实现(模拟)的方法,包括硬件设计和软件流程。     

基于LDPC码的扩频水声通信系统的性能研究

水声通信系统的性能主要受到多径干扰和海洋噪声等因素的影响,LDPC码是一种性能优异的纠错码,将其与可以有效抑制多径干扰的扩频技术相结合便可以在很大程度上提高水声通信的质量.通过对水声信道的分析和建模,提出了一种LDPC+DSSS+BPSK的系统方案,经对比验证该方案可以抑制多径干扰,并提高系统的误码率性能.     

线导鱼雷及其对抗仿真研究

在各种鱼雷导引方式中,线导由于不受鱼雷自噪声的影响而具有极佳的寻的性能.研究了其作为鱼雷寻的重要阶段(或者单独导引到底)的导引规律以及常见的弹道形式.研究指出,随着水声对抗系统和技术的发展,对鱼雷线导阶段的对抗也必须得到重视.结合"网络化水声对抗"的研究,提出了利用"水声对抗网络"与线导鱼雷进行对抗的思路和方法.通过仿真,就现有的对抗方法和基于水声对抗网络的对抗效果进行了对比,结果显示了所提方法的优越性,给出了可供水声对抗系统发展参考的相关结论.     

非规则QC-LDPC码联合自适应均衡技术在浅海水声信道研究

浅海水声信道具有长时延、多途强、起伏快等特点,为提高数据传输可靠性,采用纠错能力强、编译码复杂度低的非规则准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码作为信道纠错码方案,并联合自适应判决反馈均衡器(DFE)作为接收机结构以消除码间干扰(ISI).综合考虑非规则QC-LDPC码编译码参数选择、自适应均衡器中的最小均方差(LMS)、可变步长LMS(SVSLMS)和递归最小二乘(RLS)等3种算法的性能与复杂度权衡问题,结合福建泉港浅海域实测水声信道特性,研究了该接收机的性能.仿真结果表明:非规则QC-LDPC码的性能优于随机构造的规则LDPC码;联合自适应均衡的非规则QC-LDPC码可显著提高浅海水声通信系统性能,在较高信噪比(SNR)下,选用RLS算法时,误码率(BER)可降为0(15dB),选用低复杂度的SVSLMS算法BER可达到10-4(18dB).     

水声通信网络信道建模与仿真研究进展

水声通信网络在海洋目标定位和导航、资源勘探和开发、环境感知和监测等领域有重要应用,其中水声信道特性研究及其建模与仿真是建立通信网络的基础,而目前水声通信网络中的信道建模与仿真尚未有公认的标准方法.因此,基于对水声信道传播特性的分析,探讨了典型水声信道特性给水声通信网络设计带来的挑战;对比了经验模型、声场模型、基于本征路径的多径信道模型和基于统计特性的时变信道模型等水声信道模型,仿真结果表明:水声信道结构的变化明显影响接收性能;阐述了基于水声信道特性的水声网络仿真工具和方法,分析了其特点;最后进行了总结,并展望了未来水声通信网络信道建模与仿真的发展方向.     

基于VMD和HSA的水声跳频信号时频分析方法

针对水声通信中低信噪比条件下的水声跳频信号检测和参数估计问题,提出了一种新的基于变分模态分解(VMD)和希尔伯特谱分析(HSA)相结合的水声跳频信号时频分析方法。VMD是一种新开发的自适应信号分解技术,可以完全不递归地将多分量的信号分解成许多准正交的固有模式函数。首先重点分析了VMD算法,然后简单介绍了HSA方法,最后将VMD和HSA相结合的方法应用于水声跳频信号分析。利用数值模拟的水声跳频信号进行实验仿真,结果表明本文的方法可以获得高清晰度、高聚集性的时频图。     

基于压缩感知的水声传感网络通信方法

现有研究主要针对单个传感器节点发送数据的情形,传输效率不高,而多个传感器节点同时发送数据,可以提高传输效率,但存在用户数据之间的干扰.将压缩感知应用于水声传感网络中,提出一种可实现多节点同时传输数据的大容量协作通信方法,利用传感器节点数据的稀疏特性,将多个源节点数据同时传输等效为压缩感知中的测量过程,证明了多节点并发传输过程的传输特性可以满足压缩感知中的测量矩阵的约束等距性要求.目的节点通过重构算法,可以恢复多个并发传感器节点的数据.     

水中气泡群对水声信号传播的影响

从单个气泡的存在形式及其物理意义出发,针对水中声波对气泡的作用,进而形成的共振现象,阐述了气泡的“消声”特点．为今后靶场水声设备的建设以及相关试验,提出了重点关注的事宜．     

水声探测技术综述

随着海洋开发的日益深入,用于水下探测的相关技术越来越受到人们的重视。水声测深技术作为用于水下探测的一种重要技术,主要用来测量水中物体的位置及形态和对水下地形的描绘。本文简要介绍了水声探测的基本原理,分析了其中的关键技术,并对其未来的发展进行了展望。     

抛物和椭圆射线方程混沌行为研究

目的研究水声射线系统的混沌行为。方法利用庞加莱截面、李雅普诺夫指数、关联维等工具分别对抛物方程和椭圆方程的非线性动力学行为进行描述。结果射线角度较小时两种方程表现出相同的定性行为特征,而射线角度较大时,两种方程的混沌行为表现出显著的差异。结论对于水声射线混沌问题,在小射线角度区间,抛物方程是良好的近似,而在大射线角度范围内,椭圆方程才能正确反映实际水声射线系统性质。     

水声换能器指向性因数测量精度的分析

指向性因数（或指向性指数）不仅是水声换能器的一个重要参数，也是声呐方程式中的一个重要参数。本文对于目前国内最常使用的三种测量和计算指向性因数的方法及其可能达到的测量精度作了深入和具体的分析。实验和计算结果表明：目前这些方法可能达到的精度约为±0．5～1．0dB。     

基于水声网络的FAMA协议仿真研究

浅海水声信道的快衰落、长延时给水声网络媒介访问控制(MAC)层协议的设计和性能带来了较大的负面影响.为了提升MAC协议的吞吐量、时延等性能,着重对FAMA(Floor acquisition multiple access)协议进行了分析,并以通信网络仿真工具OPNET为仿真平台,得出该协议在吞吐量、时延和能量损耗三方面的性能结果.与目前水声网络主要采用的冲突避免多址接入(MACA)协议的仿真结果相比,FAMA协议能够取得较好的吞吐量和时延性能.