基于雙曲調(diào)頻信號的移動水聲通信技術(shù)研究.pdf

1、隨著人類海洋活動的日益頻繁，以及諸如自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)等移動平臺技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對于水下無線通信的要求也不斷提高。水聲信道作為公認(rèn)最復(fù)雜的無線信道之一，在移動場景下存在不可忽略的多普勒效應(yīng)以及時變的多徑干擾的特點。現(xiàn)階段水聲通信研究的熱點聚焦在信道均衡、多載波調(diào)制、空間調(diào)制等方向，但基于雙曲調(diào)頻(Hyperbolic Frequency Modulation, H

2、FM)信號的非相干水聲通信方法憑借其實現(xiàn)簡單、通信穩(wěn)定可靠、通信功耗低等優(yōu)點，適合應(yīng)用于AUV移動通信場景。本文主要研究基于HFM信號的移動水聲通信關(guān)鍵技術(shù)，包括多普勒估計方法和調(diào)制解調(diào)技術(shù)。
　　本文首先介紹了水聲信道的基本特性，尤其關(guān)注移動場景帶來的信道條件惡化情況，并利用Bellhop射線模型對實驗水聲信道進(jìn)行建模，用以后續(xù)的水聲通信系統(tǒng)仿真。
　　然后研究基于正反掃頻 HFM信號的多普勒估計和幀同步方法。推導(dǎo) HFM

3、信號的模糊函數(shù)主脊表達(dá)式，并以此為依據(jù)給出正反HFM方法估計多普勒因子的表達(dá)式，最后提出一種新的多普勒估計方法，稱為“正反HFM聯(lián)合M序列方法”。通過與兩種目前常用的多普勒估計方法進(jìn)行仿真對比，本文提出的方法具有計算開銷小并且支持實時在線處理的優(yōu)勢。
　　接下來研究基于 HFM信號的適用于移動水聲通信的調(diào)制解調(diào)技術(shù)。結(jié)合Chirp調(diào)制(Chirp Modulation, CM)、跳頻(Frequency Hopping, FH)技

4、術(shù)和Pattern時延差編碼(Pattern Time Delay Shift Coding, PDS)技術(shù)，提出一種可以有效對抗多普勒擴(kuò)展效應(yīng)、噪聲干擾和強(qiáng)多徑干擾的通信制式，稱為PDS-FH-CM方法，并通過仿真對比驗證其穩(wěn)定性和可靠性。
　　最后介紹移動水聲通信實驗的過程和結(jié)果?；贏UV平臺開展了多普勒估計實驗，通過對比搭載在AUV上的測速傳感器數(shù)據(jù)與正反HFM方法估計出來的相對運動速度，驗證了正反掃頻HFM方法估計多普勒