參量陣定向聲通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前聲通信領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)是多途信道引起的頻率選擇性衰落和碼間干擾問題，如何提高聲通信系統(tǒng)的抗多途干擾能力和加強點對點保密通信性能是當(dāng)前的熱門研究課題。本文以聲學(xué)參量陣?yán)碚摓榛A(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、非線性聲學(xué)信號處理技術(shù)和聲波束合成技術(shù)，圍繞參量陣定向聲通信展開研究，為其在聲通信領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考和實踐依據(jù)。
　　本文以參量陣聲源作為通信載波的生成方式，采用常規(guī)的通信載波信號數(shù)字調(diào)制方法，提出了一種寬帶參量陣定向數(shù)字聲通

2、信系統(tǒng)架構(gòu)。與傳統(tǒng)的聲通信系統(tǒng)相比，該聲通信系統(tǒng)可在小孔徑物理聲源條件下實現(xiàn)信息的定向傳輸和保密通信，大幅降低多途干擾影響。
　　基于“Berktay遠場解”理論模型，本文推導(dǎo)和驗證了參量陣差頻波作為通信載波以及參量陣聲源替代全向聲源的可行性。圍繞寬帶參量陣技術(shù)中的DSB和SSB兩種信號處理方法，探討了基于MFSK、MPSK和OFDM數(shù)字調(diào)制方式的通信載波信號和同步信號的生成機理。理論推導(dǎo)和仿真分析結(jié)果皆表明，參量陣聲源所生成差頻

3、波中的基波信號成分與傳統(tǒng)聲通信載波具有相同的信號形態(tài)，可作為定向通信系統(tǒng)的通信載波信號；差頻波中的二階倍頻諧波信號成分也具備通信載波信號應(yīng)有的特征，理論上可作為備選的通信載波信號。
　　基于“Westervelt方程”理論模型，本文對參量陣定向聲通信載波的波束合成方法開展了探索性研究。通過研究物理聲源陣列和原波參數(shù)對通信載波特性的影響，提出了一種基于數(shù)字相控陣技術(shù)的波束電控偏轉(zhuǎn)方法，并完成了不同波束偏轉(zhuǎn)角度下的仿真分析和實驗測試。

4、提出采用道爾?切比雪夫幅度加權(quán)的波束賦形方法實現(xiàn)對通信載波的波束形態(tài)控制。最后根據(jù)通信載波電控偏轉(zhuǎn)方式提出了一種實現(xiàn)信息多點定向傳輸?shù)亩嗖ㄊ铣煞椒ǎ⑼ㄟ^實驗驗證了方法的可行性。
　　根據(jù)理論研究和仿真分析，以FPGA信號處理平臺為核心，壓電陶瓷超聲波換能器陣列作為物理聲源，研制了以空氣介質(zhì)作為信道環(huán)境的參量陣定向聲通信驗證實驗系統(tǒng)。實驗分別采用DSB和SSB參量陣信號處理方法，8FSK和8PSK兩種載波信號數(shù)字調(diào)制方法，成功實