移动稳健扩频水声通信技术研究

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1、分类号：：密级ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文移动稳健扩频水声通信技术研究硕士研究生：魏卓群指导教师：殷敬伟教授学科、专业：水声工程论文主审人：生雪莉教授哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文移动稳健扩频水声通信技术研究硕士研究生：魏卓群指导教师：殷敬伟教授学科、专业：水声工程论文主审人：生雪莉教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文移动稳健扩频水声通信技术研究硕士研究生：魏卓群指导教师：殷敬伟教授学位级别：工学硕士学科、专业：水声工程所

2、在单位：水声工程学院论文提交日期：2018年4月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngRobustmobilespreadspectrumunderwateracousticcommunicationCandidate:WeiZhuoqunSupervisor:Prof.YinJingweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:Underwaterac

3、ousticengineeringDateofSubmission:April.2018DateofOralExamination:June.2018University:HarbinEngineeringUniversity√移动稳健扩频水声通信技术研究摘要浅海水声信道是一种极其复杂的、带宽有限的时频双扩展信道。而移动水声信道除了要考虑多途扩展、频率选择性衰落等影响外，还需要考虑多普勒效应、信道时变的影响。这些问题共同构成了目前移动水声通信亟待解决的难题。扩频通信是一种抗干扰能力强、隐蔽性好的通信体制，长期以来受到了军事通信、保密通信的青睐。

4、但是，扩频系统码元周期长，抗多普勒能力差，在时变信道中性能下降严重。因此，研究在多普勒-时延双扩展水声信道下的扩频系统接收机算法，让扩频系统在移动水声通信中发挥出优势具有实用价值。本文将针对多普勒-时延双扩展水声信道的估计问题和扩频接收机算法展开研究。首先，本文分析了浅海水声信道的物理特性和移动水声通信信道特性。针对多普勒效应和时变多途扩展干扰，本文在通信系统的接收端，先对水声信道时延-多普勒函数进行估计和补偿。文中研究了基于分数阶傅里叶变换的信道时延-多普勒函数估计、基于窄带信号互模糊度函数的信道时延-多普勒估计和基于直扩信号结构的多普勒估计

5、三种方法。其次，针对多普勒补偿后残留的载波相位扰动，本文研究了更加稳健的接收机算法，涵盖直扩系统、M元系统、循环移位扩频系统、组合扩频系统和M元循环移位扩频系统。本文对常用的扩频序列的相关性进行了讨论，力图在不同的应用背景下，选择合适的扩频序列；针对直扩系统，提出改进的差分能量检测器技术、双差分相关检测器技术来抑制和抵消残留的快速相位跳变；针对广义M元扩频系统，以M元能量检测器为基础，通过将残留相位跳变转换为实数的方法降低其带来的麻烦；改进M元能量检测器，针对M元循环移位扩频提出频域能量检测器技术；针对浅海信道可能存在的大多途扩展问题，使用时间

6、反转镜辅助这些接收机算法，使其达到更好的效果，并结合矢量信号处理算法，提出改进的矢量时间反转镜算法。最后，本文在多个水域对所研究的算法进行了试验验证，本文研究的主要目的，就是为移动扩频通信提供可靠的时延-多普勒估计与补偿以及扩频接收机算法。通过定点和移动水声通信试验，本文提出的各个算法的稳定性和可靠性得以验证。关键词：扩频通信；移动水声通信；信道时延-多普勒函数；矢量时间反转镜。移动稳健扩频水声通信技术研究ABSTRACTUnderwateracoustic(UWA)channelinshallowwaterisanextremelycompl

7、exchannelwhichisreferredtoasadoublyspreadchannelwithlimitedspectrumwidth.ThemobileUWAcommunicationchannelisevenmorecomplex.Besidesthefactorsofmultipathspreadandfrequencyselectivefading,theinfluencesofDopplerinterferenceandtime-varyingchannelshouldbeconsideredinmobileUWAcommu

8、nicationchannel.Spreadspectrum(SS)communicationisacommunicationsystemwithst