一种基于DSP的实时水声跳频通信系统研究

水声信道是一种极其复杂的时空频变信道,在进行水声通信中,必须克服强多途和大起伏等干扰.抗干扰能力强、隐蔽性好的跳频通信技术应用于水声通信领域,具有独特的优势,是近年来高稳健性水声通信技术研究中的一个热点.本文构建了一种基于DSP硬件平台的实时水声跳频通信系统,给出了系统编解码技术的实现方法.发射的帧信号由粗同步信号、细同步信号、时延信号和m序列生成的跳频信号组成,采用补零FFT的方法进行解码,提高了鉴频分辨率.通过实验室水池实验,验证了所设计系统在低信噪比条件下的可行性和稳定性.由于m序列生成的跳频图案隐蔽性强,该系统也可用于水声保密通信.     

基于双绞线的OFDM接收机物理层设计与实现

针对远距离、点对多点、多业务、大数据量的通信场景,提出了一种适合于双绞线传输的、基于OFDM的无中心无交换的收发信机系统方案.为了弥补远距离有线传输高频信号的衰减,该收发信机在发送端采用自适应调制和预均衡技术.在接收端采用自绕宽带阻抗匹配变压器,结合数模混合的可变增益（VGA）控制技术实现了AD前端信号幅度的调理.该VGA控制技术采用闭环控制,主要包括4个部分：前置放大电路、整流滤波电路、电压比较电路和能量检测电路（FPGA实现）.实验结果表明,在110.592 MHz的时钟频率下,信号调理的时间不到10 μs.在10 km传输距离下,能够满足15对用户同时在线.     

基于独立分量分析的混叠跳频信号分离算法

为解决混叠跳频信号的分离问题,在深入研究独立分量分析(ICA:Independent Component Analysis)理论基础上,结合跳频通信的特点,提出了基于独立分量分析的混叠跳频信号分离算法,实现了对混叠跳频信号的盲分离.该算法将基于负熵最大化的FastICA算法应用到混叠跳频信号分离中.通过仿真实验表明,该算法能成功地排除乘性噪声干扰,完成对混叠跳频信号的分离.虽然分离信号的幅度、相位等参数较源信号发生了变化,但并不影响后续工作.这一过程在未知任何先验参数的条件下完成,并取得了较好的分离效果,为跳频通信信号的分离工作提供了新思路.     

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。     

有色噪声背景下的水声跳频信号参数估计

针对现有跳频信号参数估计方法未考虑有色噪声的影响,且估计精度与速度难以兼得的问题,提出了一种有色噪声背景下的水声跳频信号参数估计方法.该方法首先根据水声信号有色噪声背景的特点,对有色噪声进行白化处理;然后,在详细推导分析跳频信号短时傅里叶变换时频脊线的特征的基础上,给出了跳频信号跳周期和起跳时间的估计方法;最后,基于估计得到的跳周期和起跳时间,进一步估计跳频频率.理论分析和仿真结果表明,该方法计算量小,工程实用性强,在有色噪声背景下可以实现跳频信号参数的快速稳健估计.     

跳频通信中的射频指纹识别技术

为了更好地在跳频通信中应用射频指纹识别技术,提出了一种跳频通信射频指纹识别新方法.利用跳频通信设备的频率切换瞬态信号特征来实现跳频通信中的射频指纹识别.根据射频指纹识别的技术流程对新方法的有效性进行了验证,将新方法应用在蓝牙设备个体识别中.分类试验结果表明,利用频率切换瞬态信号特征可以较好地识别跳频通信个体设备.     

八阶连续时间滤波器MAX274在浅海水声跳频通信系统中的应用

为了实现快速、精确可靠的模拟滤波器,保证浅海水声跳频通信同步系统的抗干扰能力以及整个跳频系统的性能,本文提出了基于八阶连续时间有源滤波器芯片MAX274的快速实现Chebyshev带通滤波器的设计方案.利用Lab-VIEW虚拟仪器实测得到的带通滤波器响应曲线以及海试结果表明该滤波器性能满足水声跳频通信系统要求,其滤波效果令人满意,电路受杂散电容影响小,性能可靠,而且结构简单,体积小,调试方便.     

高速无线通信高阶多普勒谱估计方法

移动终端的运动导致接收信号产生多普勒频移,增大了系统误码率,影响整个系统通信质量.接收端信号产生多普勒频移是由收发端之间相对径向运动产生的,通过多普勒频率估计和补偿可以解决由此导致的误码问题.研究了收发端相对高速运动时多普勒频移补偿尚存在的精确度不高和实时性不好的问题,期望有更好的补偿方法.研究结果表明高速运动中的横向运动分量会使多普勒展宽,形成线性调频信号效应,导致通信系统产生误码,且无法用常规频移方法补偿.进一步研究了高阶多普勒谱估计及其补偿方法.研究表明高阶谱主要是由横向运动和径向加速运动形成的,高阶谱补偿可以解决包括相对横向运动和径向加速运动的大部分运动对通信系统的影响.仿真结果表明结合常规多普勒谱估计和本文提出的高阶多普勒估计并对接收信号进行补偿能有效恢复信号并降低误码率.     

水声自适应混沌概率跳频通信方法研究

为了提高水声跳频系统的可靠性和保密性,提出了水声自适应混沌概率跳频通信新方法.该方法通过信道映射函数将各跳频信道的误码率映射成概率密度函数,依据此概率密度函数分配每个跳频频点的使用概率.根据混沌密钥序列和特定的随机数产生器产生满足此概率密度函数的随机跳频序列,并由此生成跳频图案,进行跳频通信.仿真结果表明该方法的误码率性能优于传统混沌跳频和传统自适应跳频方法,且具有更强的保密性.     

小波变换在跳频通信中的应用研究

小波变换是信号的时间一频率分析方法,它具有多辨分析的特点,它能有效地检测和识别跳频信号,在跳频通信中有极其重要的作用.按照跳频信号的数学模型分析,小波变换(WT)与快速傅立叶变换(FFT)、短时傅立叶变换(STFT)相比较,具有明显的优越性.通过对中频信号的有限个采样点的分析处理,提取出跳频信号的特征参数,并运用Matlab语言设计出仿真程序,可以证明小波分析跳频信号具有可行性.     

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.     

多通道判决反馈均衡器的移动水声通信技术

针对收发节点之间的相对运动使得信号压缩或者展宽、载波频率偏移,导致通信误码率较高的问题,提出基于m序列的水声信道时延-多普勒函数估计方法.在大连市小长山岛附近水域进行了移动水声通信试验,试验过程中发射船以2.5m·s~(-1)的恒定速度先靠近接收船而后远离.由于发射船相对于接收船方位时刻发生变化导致时变的多普勒效应.利用信号帧首部的m序列测得接收数据分别存在-15,-5和17 Hz的频率偏移,对接收数据进行重采样处理后采用多通道判决反馈均衡器抑制码间干扰以及残留的多普勒效应引起的相位变化,均衡后输出信噪比达到15.11,14.64和15.14dB.试验结果表明:该方法实现了时变水声信道的有效跟踪和补偿,大大提高了解码性能.     

核磁共振信号频率测量系统的设计与实现

为提高核磁共振找水仪核磁共振信号频率的测量精度,设计并研制了核磁共振信号频率测量系统.该系统采用等精度测频原理,以CPLD(Complex Programmable Logic Device)为核心处理芯片,整个系统由信号调理电路、CPLD和单片机等构成,实现了核磁信号的整形调理、信号有效段的判断及核磁信号频率测试的功能.测试结果表明,该系统可较准确地测量出核磁信号的频率,其测量精度可达10-5.     

一种基于粒子滤波的跳频信号频率跟踪技术

为了能在未知跳频模式或跳频时刻的条件下,实时估计跳频信号的频率,提出了1种相位粒子滤波的跳频信号频率跟踪算法.首先建立了跳频信号的相位统计模型;然后通过粒子滤波算法实现对信号相位的后验概率密度估计;最后通过相位的后验概率密度实现对跳频频率的最小均方误差估计.算法使用序贯重要性采样技术实现粒子权值的迭代更新,采用系统重采...     

基于功率谱对消的跳频信号检测算法

为有效解决跳频信号的检测问题,根据跳频信号功率谱随时间变化的差异性,提出一种基于功率谱对消的跳频信号检测算法.该算法可在无需已知先验知识的条件下,对较低信噪比的跳频信号进行盲检测.通过仿真分析表明,该算法在信噪比为10 dB的条件下,可获得功率对消比为-34 dB的检测效果;在较大接收信噪比、较多分段数和切比雪夫函数窗条件下,该算法具有较高的检测性能.此外,在跳频信号和定频信号发生频率碰撞时,该算法仍能实现对跳频信号的检测,更加适合于现代战场的复杂电磁环境.     

基于同步导频复用技术的OFDM水声通信

针对正交频分复用水声通信中,为实时同步和多普勒补偿而频繁加入辅助数据使通信速率降低的问题,通过设置导频的相位和幅度,把导频转变为首尾相位连续的线性调频信号,该方法使同步与导频复用,同时可以进行多普勒估计,从而节省了额外加入线性调频信号所占用的时间.湖上试验结果表明:系统通信速率为0.25 bit/(s.Hz),未经纠错编码的最低误码率为2.68%,验证了该方法的可行性和有效性.     

估计跳频信号参数的多窗口迭代平滑伪WVD新算法

采用时-频分析方法获取跳频信号的瞬时频率、跳周期、跳频图案等主要参数,在短时傅立叶变换、Wigner-Ville分布等传统时-频分析算法均无法达到抑制噪声和实时参数检测的情况下,提出一种能适应跳频信号速率变化的多窗口迭代平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)算法来进行跳频信号参数的实时估计。仿真结果表明,该算法在较低信噪比(-8 dB)的情况下也具有良好的实时估计效果。     

对称RC双T网络在选频放大电路中的应用

本文在介绍对称双T网络电路结构的基础上,分析了其信号传输的频率特性,双T网络对单一频率的信号具有很好的滤波特性,利用双T网络作为放大电路的正反馈网络,可以实现单一频率的信号选频放大,在电子设备中具有广泛的应用。     

跳频接收与提高漏泄通信可靠性

工业漏泄通信系统中工作频率发生漂移时 ,会导致信号无法正常接收而出现失控 ,利用跳频电路可以提高通信系统可靠性 ,防止通信过程中的信号丢失故障     

某在线检测系统信号调理电路设计

针对待测信号数模混杂、交直流混杂,信号幅度、频率涉及范围大的特点,设计了一种基于隔离传感器、继电器矩阵开关及数据选择器的调理采集电路,为测试资源提供了有效检测信号.