水聲通信中雙曲調(diào)頻同步與調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、海洋為人類的生存和發(fā)展提供了廣闊的前景,已成為當今世界的重要話題。水聲通信解決水下信息的可靠傳輸與交換問題,在海洋資源開發(fā)、海洋國防安全、地震或海嘯預警、海洋環(huán)境監(jiān)測和水下科考等領域都扮演著重要的角色,是海洋信息領域需要解決的關鍵技術(shù)問題。
　　 淺海水聲信道是迄今為止最為復雜的無線通信信道之一。它固有的時.空.頻變以及窄帶、高噪、強多途干擾、長傳輸時延、大隨機起伏等特征,使得淺海水聲通信系統(tǒng)在有效性和可靠性等通信性能的提高上面

2、臨著巨大挑戰(zhàn)。
　　 本文首先分析了海洋中聲波的傳播特性及淺海水聲信道的主要特點,針對淺海水聲信道多途強、起伏大、多普勒效應嚴重等特點,展開了淺海通信系統(tǒng)中幀同步方法和調(diào)制技術(shù)的研究。論文分析總結(jié)了水聲通信幀同步及擴頻調(diào)制的相關資料,在此基礎上提出了一種基于雙曲調(diào)頻(Hyperbolic Frequency Modulated,HFM)信號的幀同步方案；以Chirp擴頻(Chirp Spread Spectrum,CSS)技術(shù)為

3、基礎,將HFM信號應用于調(diào)制中,提出一種雙曲調(diào)頻擴頻(HFM SpreadSpectrum,HFM-SS)調(diào)制方案；最后以LabVIEW8.6為核心平臺,配以必要的外圍設備,構(gòu)建了一套點對點的實時水聲通信系統(tǒng)。系統(tǒng)在實驗室水池和廈門大學水庫進行了多次實驗。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠在低發(fā)射功率的條件下實現(xiàn)穩(wěn)健可靠的通信。
　　 論文的主要工作如下:
　　 1.系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外在水聲通信技術(shù)領域的研究概況,分析了海洋中聲波的傳

4、播特性、淺海水聲信道的主要特點及其對水聲通信性能的影響；
　　 2.針對淺海水聲通信中最為關鍵的同步問題,開展了淺海水聲通信幀同步方法的研究,提出了一種雙HFM信號同步方法。分析了水聲通信幀同步方法中幾種常用的信號及其時頻特性和相關的處理方法以及在水聲通信幀同步中的應用,提出一種采用相關檢測方法的雙HFM信號同步法來實現(xiàn)水聲通信中的幀同步,并在有多普勒效應的條件下對其性能進行仿真研究；
　　 3.針對淺海水聲信道特點,開

5、展了淺海水聲通信調(diào)制技術(shù)的研究,提出了雙曲調(diào)頻擴頻(HFM-SS)調(diào)制方法。分析總結(jié)了應用于水聲通信系統(tǒng)中的跳頻(Frequency Hopping,FH)擴頻和Chirp擴頻技術(shù)的原理及特點,提出一種基于HFM信號的擴頻調(diào)制方法,稱之為雙曲調(diào)頻擴頻調(diào)制方法,并在淺海水聲信道模型下對其性能進行仿真研究；
　　 4.在上述工作基礎上,論文以LabVIEW8.6為核心平臺,配以必要的外圍設備,設計并實現(xiàn)了一套淺海水聲信道抗多途通信系