浅海浮标水声通信系统设计关键技术研究

《浅海浮标水声通信系统设计关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、密级：——中国科学院大学UnjversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：塞绍建指导教师：黄遵主班基旦生垦科堂睦直堂班塞压艺左班塞虽生围疆堂暄直堂班塞压学位类别：王堂墁±学科专业：信量皇信皇丝堡研咒所：生国抖堂瞳直堂班塞压2013年5月ByZhiShaolongADissertationSubmittedtoTheUniVersi坶ofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofsignalandinf．ormationpr

2、ocessingInstituteofAcoustics，ChineseAcademyofSciencesMay'2013中国科学院声学研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：加7弓年j月纠日学位论文使用授权说明本人完全了解中国科学院大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：·按照中国科学院大学要求

3、提交学位论文的印刷本和电子版本；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所可以采用影印、缩印j数字化或其它复制手段保存论文；(保密论文在解密后遵守此规定)敝作者张挺乙亿导师签名．董硝彳日期：加7弓年r剧1日摘要随着世界各国海洋意识的日益增强，无论是民用领域还是军事领域，对稳定的水声通信系统的需求也日趋强烈。我国拥有广阔的领海，其中大部分为浅海和大陆架区域。相比于深海信道，浅海水声信道复杂的时．空．频变特性导致现有的水声通信系统不能满足应用需求。因此，浅海水声通信系统研究对于维护我国海洋主权、开

4、发海洋资源、促进海洋经济发展具有重要作用。通信浮标作为一种小型化通信系统，具有布放简单、机动灵活、覆盖范围大、成本低廉等优点，世界各海洋强国都投入大量资源用于浮标系统研究。但是，小型化也给浮标水声通信体制和系统设计带来诸多挑战。本文紧密结合需求和实际，在浅海水声信道特性研究的基础上，建立了浅海浮标水声通信系统模型，提出了浮标水声通信系统的通信体制和体系结构。研究了浅海浮标通信系统的调制解调算法和分集均衡算法。在浮标水声通信体制的指导下，结合需求，提出了浮标水声通信系统的总体设计方案，完成了各分系统的工程实现。研制的浅海浮标水声通信系统原理样机经过多次海试验证，性能稳定，具有一定的工程应

5、用价值。本文针对浅海水声通信系统设计的关键技术展开深入研究，主要研究内容包括以下几个部分：1．在研究了水声通信技术和水声通信系统的发展和研究现状后，提出了浮标水声通信系统设计的关键技术、通信模型和设计目标。提出了浅海浮标水声通信体制和浮标通信系统的体系结构。2．研究了浅海水声信道的基本特性和时频衰落特性对通信信号传播的影响。利用射线跟踪模型，深入研究了声速剖面、声源深度、海底起伏等因素对信号传播的影响。建立了可以反映实际海区环境信息和信道特征的浅海水声信道仿真系统。3．建立了浅海浮标水声通信系统上行链路和下行链路的通信体制。从浮标水声通信技术特点的角度，提出了发射信号设计方案，统筹调制

6、解调算法与系统硬件平台设计。提出了针对不同需求的帧同步算法和载波同步算法。4．深入研究了直接序列扩频系统和砌墩e接收技术在浅海水声信道中的应用。在浅海负跃层双波束信道的假设下，通过仿真比较了两种接收算法浅海浮标水声通信系统设计关键技术研究的性能，从理论上分析了Ra出e接收技术在复杂水声信道下失效的原因，进而说明了水声信道多径效应的两面性。5．提出了浅海水声信道空间分集均衡联合算法。在判决反馈均衡技术的基础上，将单通道均衡扩展为多通道均衡，结合数字锁相环完成载波同步和相位跟踪。提出了一种I冰e与空间均衡联合算法，利用波束成形技术分辨来波方向，在获得阵列增益的同时，达到分集合并的目的。6．

7、在浅海浮标水声通信体制的指导下，完成了浮标水声通信系统的总体设计。按照浮标通信系统的设计目标和体系结构，提出了各分系统的技术指标和体系结构。完成了接收机与发射机的工程实现。深入研究了换能器与电子系统的匹配理论，提出了一种整体匹配方法。完成了调制解调算法在基于多核DSP的信号处理系统上的实现。完成了浅海浮标水声通信系统原理样机的工程研制。7．结合需求和实际，提出了一种自适应阈值的唤醒信号检测算法，完成了该算法在低功耗微处理器上的工程实现。文中所有