基于子空间分解的水声混沌扩频通信降噪技术-论文.pdf

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1、2014年第2期声学与电子工程总第114期基于子空间分解的水声混沌扩频通信降噪技术姜煜白兴宇(声纳技术重点实验室，杭州，310023)摘要针对混沌扩频通信系统，提出一种基于矢量传感器接收及子空间分解的混沌信号降噪技术。该技术通过对混沌扩频通信系统采用单矢量传感器进行接收，利用其输出的声压及振速信息组成信号向量，然后利用子空间分解技术实现系统降噪。仿真结果证明了所提降噪技术的良好性能。关键词声矢量传感器；混沌扩频；子空间分解；降噪作为一种有效的抗多径干扰技术，扩频技术在噪效果，可使混沌扩频通信系统的误码率获得显著水声通信领域具有良好的应用前景。同时由于该技降低。

2、术还具有很好的多址性能，因此也是构建水声通信网络的关键技术【1】。传统的扩频技术采用伪随机序1基于Chebyshev映射的二进制混沌列作为扩频码，其安全性及抗多址干扰性能都不够扩频序列生成技术理想。混沌序列同样具有伪随机特性，而且对初始Chebyshev映射是一种一维混沌映射。其迭代值和参数的极端敏感性，使其数目众多；同时，随方程简单，易于实现。g阶chebyshev映射定义为【4】．着序列长度的增加，混沌序列的自相关和互相关函数的统计值可以接近于理想值。因此，以相关性能ml=cos(qcos∈[-1，1](1)优于传统伪随机序列的混沌序列作为扩频码，可以这是

3、一个区间为[--1，1]的满映射。满映射的绝大大提高系统的保密性和抗多址干扰能力，还可增大多数初值都将导致非周期的混沌轨迹。已有研究加用户量，从而更大限度地发挥扩频通信技术的优表明，相对其他常用混沌映射，Chebyshev映射具势。有更好的多址性能，因此本文选择用Chebyshev映随着混沌通信技术研究的日渐深入，混沌通信射来生成混沌扩频序列。系统中的噪声问题开始受到广泛关注。由于混沌信由于扩频通信系统中的扩频码是离散的数字号在时频域上有着极强的“伪随机”性和“宽序列，所以由混沌映射通过迭代产生实值混沌模拟频”性，使传统的基于概率模型的信号处理方案和序列后，还

4、要经过数字化将其转换成时间离散的数线性滤波技术不再适合于处理混沌系统的噪声抑字序列。制。为有效减小混沌系统中的噪声干扰，许多学者本文采用改进的中间多比特量化方法来实现提出了不同的降噪方法。Hammel[21提出的影子降噪混沌模拟序列的数字化。由于混沌映射具有对初始方法，将混沌信号的降噪问题转化为一个计算具有值的极端敏感性，因此通过改变初始值，采用上述较小噪声干扰的非线性系统轨迹求解问题，但降噪方法可产生数目众多的二进制混沌扩频序列。然后效果往往不够理想。Cawley【3]提出局部投影法，将再根据文献给出的优选策略，对所得混沌序列进行待处理的含噪信号嵌入到合适的

5、相空间中，然后利优选，我们即可获得一批性能优于传统伪随机序列用局部几何投影方式。使受噪声干扰而分散的数据的二进制混沌扩频序列，从而有效提高水声通信网点变得密集，再用最小二乘法，使得去噪处理后的络的性能。状态矢量点尽量逼近原轨道，其优点是精度高，缺目前，水声通信中常用的扩频方式有直接序列点是运算量大，实时性差，难以应用于实际系统。扩频(DS．ss)和跳频扩频(FH—SS)两种。相对于针对上述方法的不足，本文提出了基于子空间FH—SS系统，DS—SS系统具有更强的抗多径干扰能分解的混沌信号降噪算法。该算法通过在混沌扩频力和更好的低信噪比条件下通信性能，因此，本文通

6、信系统的接收端采用单矢量传感器进行接收，利重点针对基于直接序列扩频的混沌扩频技术进行用其输出的声压及振速信息组成信号向量，然后利研究。用子空间分解技术实现系统降噪。仿真结果表明，该算法在较低的计算复杂度条件下具有良好的降姜煜等：基于子空间分解的水声混沌扩频通信降噪技术2基于子空间分解的混沌扩频信号降观测数据空间正交分解为信号子空间和噪声子空间，并将观测数据信号投影到信号子空间中实现降噪技术噪。基于矢量传感器接收及子空间分解的混沌扩频对于直接序列扩频S．ss)通信系统，其抗干扰信号降噪原理框图如图2所示。性能与扩频因子的大小成正相关。为使系统获得更好的性能，往往

7、需要较高的扩频因子，但这又会导致系统的带宽效率显著降低[5】。由于水声信道的带宽资源极为匮乏，因此，我们提出在水声扩频通信系统的接收端采用声矢量传感器进行接收，利用其输出的四路信号，基于子空间分解对混沌扩频信号进行有效降噪，以使系统在较低的扩频因子条件下也能获得理想的抗噪声及抗多址干扰性能。2．1声矢量传感器模型图2基于矢量传感器接收及子空间分解的混沌扩频信号声矢量传感器输出四路接收信号，它联合拾取降噪原理框图声场中的声压和振速信息。远场窄带相干信号源空首先对矢量传感器输出的4路信号分别进行同间入射图如图1所示，则矢量传感器的时域输出模步，然后采用与发射端相同

8、的混沌扩频序列，分别型可表示为：对同步