基于混沌擴(kuò)頻的水聲通信技術(shù)研究.pdf

1、隨著水聲通信的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，水聲通信技術(shù)的研究成為現(xiàn)在水聲技術(shù)的研究熱點(diǎn)。水聲信道的多徑效應(yīng)使信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重衰落，是影響水聲通信系統(tǒng)性能的主要因素。解決水聲信道的多徑干擾是水聲通信研究的關(guān)鍵技術(shù)難題。目前抗多徑干擾技術(shù)主要有：擴(kuò)頻技術(shù)、均衡技術(shù)、分集技術(shù)等。其中，擴(kuò)頻技術(shù)是一種十分有效的抗多徑干擾技術(shù)。另外，擴(kuò)頻技術(shù)還具有很好的多址性能，因此也是構(gòu)建水下通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。 然而，傳統(tǒng)擴(kuò)頻碼有一定的局限性：在擴(kuò)頻增益一定的情況

2、下，可用的地址碼數(shù)目有限；部分互相關(guān)時(shí)，其相關(guān)函數(shù)性能迅速下降?；煦缧蛄袑?duì)初始值和參數(shù)的極端敏感性，使其數(shù)目眾多；同時(shí)，隨著序列長(zhǎng)度的增加，混沌序列的自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值可以接近于理想值；混沌序列具有偽隨機(jī)特性。所以用混沌序列替代傳統(tǒng)擴(kuò)頻碼可以更大限度地發(fā)揮擴(kuò)頻通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。 本文以克服多徑干擾、實(shí)現(xiàn)高可靠性、隱蔽性的水聲通信為出發(fā)點(diǎn)，研究了混沌擴(kuò)頻技術(shù)以及在水聲通信中應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題，并且通過(guò)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了這種通信技術(shù)

3、的良好性能和可行性。論文所作的工作主要有以下幾個(gè)方面： 1． 對(duì)CDMA擴(kuò)頻通信的基本原理及關(guān)鍵技術(shù)作了研究。分析了異步DS—CDMA通信系統(tǒng)的性能，重點(diǎn)研究了偽碼的捕獲和跟蹤以及多徑分集接收技術(shù)。 2．給出了混沌系統(tǒng)的概念，以及對(duì)混沌系統(tǒng)的刻畫手段。列舉了常見(jiàn)的一維混沌系統(tǒng)和高維混沌系統(tǒng)，基于Chebyshev映射和一種漸進(jìn)理想的混沌映射，提出了一種新型的復(fù)合型混沌映射，并分析了其相關(guān)性能。 3．以混沌序列在C

4、DMA系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)混沌序列的初值敏感性、奇偶互相關(guān)特性、自相關(guān)旁瓣均方根特性、互相關(guān)均方根特性、平衡性、游程性進(jìn)行了分析，通過(guò)數(shù)值仿真，從統(tǒng)計(jì)理論的角度解釋了一些混沌擴(kuò)頻序列優(yōu)于m序列的主要原因以及有限長(zhǎng)度效應(yīng)對(duì)各項(xiàng)性能的影響，并總結(jié)了混沌擴(kuò)頻序列的優(yōu)選原則。 4．研究了混沌信號(hào)的同步和降噪兩大技術(shù)。首先分析了基于Lorenz系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)—響應(yīng)同步法和主動(dòng)—被動(dòng)同步法的同步原理、誤差模型和魯棒性，并由計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證

5、并比較了這兩種同步方法的性能。其次，研究了一類與帳篷映射拓?fù)渫瑯?gòu)的單峰映射和高維混沌信號(hào)的降噪方法，對(duì)高維混沌信號(hào)的局部投影降噪方法的鄰域選擇和特征空間的劃分問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了方法的有效性。與傳統(tǒng)的局部投影算法相比，改進(jìn)后的算法更加有效地抑制了噪聲。 5．設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了水聲混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的性能和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。建立了水聲混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了系統(tǒng)的平均信

6、噪比，以及系統(tǒng)的近似誤碼率模型。對(duì)比分析了基于混沌擴(kuò)頻和m序列擴(kuò)頻的水聲通信系統(tǒng)的抗噪聲性能、抗多徑干擾性能和抗多址干擾性能。關(guān)鍵技術(shù)包括：系統(tǒng)同步檢測(cè)技術(shù)、信道估計(jì)技術(shù)、基于混沌序列的多普勒頻偏補(bǔ)償技術(shù)、抗多徑干擾的混沌信號(hào)RAKE接收機(jī)技術(shù)。結(jié)合仿真和部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了這些技術(shù)在實(shí)際的水聲通信中的性能。提出了一種具有高魯棒性的新型的同步信號(hào)結(jié)構(gòu)——“雙LFM信號(hào)加空閑信號(hào)”。 提出了一種抗多普勒頻偏方法。通過(guò)松花湖試驗(yàn)驗(yàn)