水聲通信中雙曲調(diào)頻同步與調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、海洋為人類的生存和發(fā)展提供了廣闊的前景,已成為當(dāng)今世界的重要話題。水聲通信解決水下信息的可靠傳輸與交換問題,在海洋資源開發(fā)、海洋國防安全、地震或海嘯預(yù)警、海洋環(huán)境監(jiān)測和水下科考等領(lǐng)域都扮演著重要的角色,是海洋信息領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　 淺海水聲信道是迄今為止最為復(fù)雜的無線通信信道之一。它固有的時.空.頻變以及窄帶、高噪、強多途干擾、長傳輸時延、大隨機起伏等特征,使得淺海水聲通信系統(tǒng)在有效性和可靠性等通信性能的提高上面

2、臨著巨大挑戰(zhàn)。
　　 本文首先分析了海洋中聲波的傳播特性及淺海水聲信道的主要特點,針對淺海水聲信道多途強、起伏大、多普勒效應(yīng)嚴重等特點,展開了淺海通信系統(tǒng)中幀同步方法和調(diào)制技術(shù)的研究。論文分析總結(jié)了水聲通信幀同步及擴頻調(diào)制的相關(guān)資料,在此基礎(chǔ)上提出了一種基于雙曲調(diào)頻(Hyperbolic Frequency Modulated,HFM)信號的幀同步方案；以Chirp擴頻(Chirp Spread Spectrum,CSS)技術(shù)為

3、基礎(chǔ),將HFM信號應(yīng)用于調(diào)制中,提出一種雙曲調(diào)頻擴頻(HFM SpreadSpectrum,HFM-SS)調(diào)制方案；最后以LabVIEW8.6為核心平臺,配以必要的外圍設(shè)備,構(gòu)建了一套點對點的實時水聲通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在實驗室水池和廈門大學(xué)水庫進行了多次實驗。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠在低發(fā)射功率的條件下實現(xiàn)穩(wěn)健可靠的通信。
　　 論文的主要工作如下:
　　 1.系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外在水聲通信技術(shù)領(lǐng)域的研究概況,分析了海洋中聲波的傳

4、播特性、淺海水聲信道的主要特點及其對水聲通信性能的影響；
　　 2.針對淺海水聲通信中最為關(guān)鍵的同步問題,開展了淺海水聲通信幀同步方法的研究,提出了一種雙HFM信號同步方法。分析了水聲通信幀同步方法中幾種常用的信號及其時頻特性和相關(guān)的處理方法以及在水聲通信幀同步中的應(yīng)用,提出一種采用相關(guān)檢測方法的雙HFM信號同步法來實現(xiàn)水聲通信中的幀同步,并在有多普勒效應(yīng)的條件下對其性能進行仿真研究；
　　 3.針對淺海水聲信道特點,開

5、展了淺海水聲通信調(diào)制技術(shù)的研究,提出了雙曲調(diào)頻擴頻(HFM-SS)調(diào)制方法。分析總結(jié)了應(yīng)用于水聲通信系統(tǒng)中的跳頻(Frequency Hopping,FH)擴頻和Chirp擴頻技術(shù)的原理及特點,提出一種基于HFM信號的擴頻調(diào)制方法,稱之為雙曲調(diào)頻擴頻調(diào)制方法,并在淺海水聲信道模型下對其性能進行仿真研究；
　　 4.在上述工作基礎(chǔ)上,論文以LabVIEW8.6為核心平臺,配以必要的外圍設(shè)備,設(shè)計并實現(xiàn)了一套淺海水聲信道抗多途通信系