MM-LoRa-Mod:一种应用于水声通信的非相干LoRa调制方案

LoRa(long-range)是一种新兴的低功耗广域网技术。面对频率选择性衰落多径信道等挑战,现有LoRa方案存在数据速率低、系统复杂度高等问题。针对以上问题,提出一种基于多模的LoRa(MM-LoRa-Mod)调制方案,该方案通过多路复用线性调频信号的频移来传输信息,显著提高了数据速率。此外,针对复杂水声通信场景,提出一种低复杂度的MM-LoRa-Mod非相干检测算法。通过评估MM-LoRa-Mod在多径信道、Watermark仿真平台以及浅海水声信道下的误码率性能,所提方案展现了优异的抗多径衰落和抗多普勒频移性能,表明MM-LoRa-Mod在水声通信场景具备高可靠性。

多子阵合成孔径声纳距离-多普勒成像算法

基于相位中心近似(PCA)的传统多子阵合成孔径声纳(SAS)成像方法忽略了近似误差的方位空变性,使得分布式目标的聚焦结果发生畸变。为解决这个问题,该文从收发阵元空间分置采样与相位中心近似采样的几何模型出发推导了一种考虑近似误差方位空变性的双程斜距历程,并将多子阵合成孔径声纳2维频域系统函数分解为收发分置畸变项和类收发合置项。在此基础上,采用复数相乘、插值实现收发分置畸变项的补偿,并利用距离-多普勒算法进行成像处理。相对传统方法,该文方法在整个测绘带内的近似误差更小,不会带来方位向上的位置偏移,能得到与真实目标位置一致的成像结果。

OFDM系统的一种精确的符号定时估计——纪念汪德昭院士诞辰100周年

作为一种高效的数据传输技术,正交频分复用(OFDM)技术具有良好的抗衰落能力,实现数据的高速传输。但是OFDM对同步误差特别是符号同步误差十分敏感。本文提出了一种低复杂度的符号定时估计,利用一个训练帧来实现同步。文中分析了该算法的性能,并在噪声信道中进行了性能分析,给出的仿真结果表明,该算法具有较高的精度和较低的计算复杂度。

水声正交频分复用系统载波偏移与脉冲干扰估计技术

载波频率偏移和脉冲干扰是水声通信系统中常见的干扰形式。为了提高系统的鲁棒性,消除这两种类型干扰的影响,提出利用空载波对载波频率偏移和脉冲干扰进行估计。空载波估计技术采用了分步优化和联合优化估计两种方法。分步优化估计首先利用重采样和空载波进行载波频率偏移估计,补偿后利用空载波对脉冲噪声进行消除。考虑到载波频率偏移和脉冲噪声估计时的相互影响特性,利用二者的联合估计得到优化解。仿真和水池实验结果表明,两种优化算法都取得了良好的效果;同时联合优化估计比分步优化估计得到更大的系统性能增益,在系统误比特率为10^(-2)时,联合优化解得到了3dB左右的系统性能增益。通过对载波频率偏移和脉冲干扰的估计消除,大大提高了水声通信系统的鲁棒性。

OFDM系统符号定时精同步研究

基于时域的帧同步估计算法在通过高斯信道和多径衰落信道时,其时间测度由于循环前缀的影响有峰值平台,难于准确的判定帧到达的时刻。文中提出了一种低复杂度的符号定时估计算法,利用简化的时间测度函数检测峰值来实现同步。分析了该算法的性能,并在各种信道中进行了性能分析,给出了了仿真结果。结果表明,该算法具有较高的精度和较低的计算复杂度。

正交频分复用连续系统的一种频率同步估计

频率同步是影响正交频分复用系统性能的一个重要的问题。提出了一种利用重复对称序列构成的训练序列进行正交频分复用系统同步的新方法。通过数据相关运算,结合构造训练序列的特点,得出比较准确的频率偏移值。新方法有精度高和估计范围大的优点,同时在高斯信道、噪声信道和多径信道(Raleigh)下的仿真验证了算法的有效性。

一种多载波系统的自适应调制方案

自适应调制是无线移动通信的关键技术之一,在此研究了一种适合数据高速传输的自适应调制的算法方案,并进行了试验研究,取得了较好的效果。

水下无线传感器网络抗恶意干扰技术应用及研究进展

水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域,但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰,各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发展现状,并对通信抗干扰技术的发展规律进行分析;其次分析了UWSNs中通信抗干扰的关键技术以及技术需求,最后对UWSNs通信抗干扰技术的发展应用进行了展望。

RA码在水声OFDM通信系统中的应用研究

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于具有频谱利用率高、抗多径能力强等优点,成为当前水声通信的研究重点和热点,但较高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)严重影响了水声OFDM通信系统的性能。采用重复累积码(Repeat Accumulate,RA)作为信道编码方案,并用线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers,LFSR)代替原RA码结构中的累加器,再通过选择映射(Selective Mapping,SLM)方法降低系统的峰均功率比。计算机仿真和水池实验结果表明,采用改进结构的RA码结合SLM技术能有效降低水声OFDM系统的PAPR,提高系统的性能,具有很好的应用前景。

OFDM突发系统的一种频率同步估计

作为一种高效的数据传输技术——正交频分复用(OFDM)技术,具有良好的抗衰落能力,实现数据的高速传输。但是OFDM对同步误差十分敏感,特别是对于频率同步误差。文中提出了一种低复杂度的同步估计,来实现载波频率捕获和跟踪。分析了该算法的性能,并在信道中进行了性能分析,给出了仿真结果。结果表明,该算法具有较高的精度和较低的计算复杂度。

水声通信技术研究进展

介绍水声通信技术的发展历程与技术现状.围绕水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)水声通讯课题组的研究方向,介绍课题组在水声信道传输特性与匹配方法,水声语音、图像、数据通信技术研究,水声网络与立体通信等领域的研究进展和研究成果.

基于多维特征联合的鸟类鸣声识别方法研究

湿地不但具有丰富的资源,还有巨大的环境调节功能和生态效益.随着人类社会的发展,湿地生态保护日益受到人们的重视,其中鸟类监测经常作为湿地环境质量的有效指标.目前国内外对于鸟类监测技术主要通过大量人力统计手段,严重浪费宝贵的人力资源.基于此种状况,且传统的语音识别方法主要采用基于时域特征或频域特征的识别方法,根据不同种鸟类鸣声的特点,提出一种将不同音节长度特征与多段式平均频谱法相结合的多维特征联合的鸟类鸣声识别方法.实验结果发现,将时域音节长度特征分类与频域多段式平均频谱法相结合的识别方法比只采用多段式平均频谱法的识别方法将辨识正确率由92.38%提高到100%,实验采用了湿地常见的17种鸟类,辨识效果非常准确,表明本文所提出的多特征结合识别方法对于提高识别正确率具有重要的参考价值.

水声信道的研究与仿真

文中提出的时变多径水声信道模型基本上实现了对海洋水声信道的模拟,在一定程度上反映了海洋介质的物理特性;对Rayleigh衰落模型的仿真,反映了海洋介质的不均匀性以及信号在水声信道中传输的时变特性。每种信道模型都是对真实信道的近似模拟,必然有其适用的范围,要建立更加完善的信道模型还需要对更复杂的环境参数和信号的多径时变特性做进一步研究。

航空弹药动态调运决策优化建模与仿真研究

针对航空弹药调运决策问题,综合考虑战场实时交通状况和敌方攻击等不确定性因素以及各航空弹药保障部门之间的协同作用,将道路交通状况和敌方攻击情况转化为路段通行时间参数,基于多源时间最短路径问题以及Floyd-Warshall算法对模型进行求解,得到了航空弹药最优运输路径以及参与调配的储存点组合。通过作战环境中航空弹药调运问题的仿真研究,将航空弹药动态调运决策模型与传统的模型进行了对比分析,发现动态调运决策模型可以根据作战情况及时调整调运决策,能够为作战提供更加可靠的保障。

基于OFDM的水声信道编码技术研究

仿真分析了在水声信道下编码正交频分复用(COFDM)系统中,由于采用不同的纠错编码方法所产生的性能差异的原因,并给出了在构建高性能COFDM水声通信系统时选择纠错编码参数的原则.为了构建实用高效水声COFDM通信系统,本文分析了算法复杂度从易到难的几种纠错编码方法、卷积码、RS码、RS+卷积的级联码和Turbo码.对它们的码率、码长、生成多项式以及是否交织及交织深度等因素对系统复杂性以及系统性能的影响进行了全面的比较和论述.最后,仿真实验验证了在水声COFDM通信系统中,通过选择合适的参数,能够找到复杂度低但性能优良的级联码,其性能可以和复杂度较高的Turbo码相媲美.

无线传感器网络的自适应预测算法

在基于分布式压缩感知(distributed compressive sensing,DCS)的无线传感器网络中,重构算法及其改进成为了研究的关键问题,候选集原子最优选取对于信号重构性能至关重要.本文介绍了压缩感知(compressed sensing,CS)理论、正交匹配追踪算法(orthogonal matching pursuit,OMP)和前向预测正交匹配追踪(look ahead orthogonal matching pursuit,LAOMP)算法,针对LAOMP算法的前向参数L只能设定为某一固定值,且所选取原子未必是最佳的,同时也存在计算复杂度高的问题,本文提出了一种自适应前向预测正交匹配追踪(adaptive look ahead orthogonal matching pursuit,ALAOMP)算法.该算法通过预测原子对最终残差的影响,最佳地选取候选集原子,同时自适应地最优选择每次迭代中前向参数L的个数.实验结果表明:ALAMOP算法在兼顾降低计算复杂度及最佳选择原子是实用有效的,算法的信号重构和支撑集重构性能均优于LAOMP算法.

双曲调频信号的级联原子库参数估计

为降低水下通信中出现的多径和多普勒效应,提高水下目标探测精度,采用双曲调频信号作为探测信号,利用双曲调频信号(hyperbolic modulation frequency,HFM)时频变化具有双曲线的特征,通过建立HFM信号时间-尺度级联原子库模型,在原子库中寻找最优解,进而对HFM信号的两个频率变化因子进行估计。计算机仿真和水池实验的结果均证明,相较于现在常用的小波-拉东变换(wavelet-Radon)估计方法,本方法的均方根误差小于1%,因此在水下目标探测中有较大的应用价值。

理想声源辐射声场的数值分析

通过声场的特性和规律分析可以识别和定位噪声源,对噪声控制以及声源的设计提供参考。数值方法是求解有源声场的重要工具,复杂的声辐射一般可分解为简单的声辐射叠加。研究了单极子、偶极子、活塞等几种理想声源辐射声场的解析解,并用有限元法计算数值解,得到相应的辐射声场,包括声压、速度、指向性等量,有限元法得到的数值结果与解析解吻合;利用有限元法计算了点声源的线性阵列与平面阵列等典型的叠加声场。对各种声源的特性和辐射声场的规律以及在工程领域中的应用进行了归纳。

用于水声通信的宽带波束形成结构

提出一种用于水声通信中的基于复数系数有限冲激响应(FIR)滤波器的宽带恒定束宽波束形成结构。其中,各阵元接收信号首先通过时间延迟线补偿整数倍采样间隔时延,接着通过频带搬移得到接收信号的复包络,最后采用复数系数FIR滤波器实现对不同频率信号复包络的加权,复数系数FIR滤波器的系数由最优化方法设计得到。仿真结果表明:采用基于复数系数FIR滤波器的宽带恒定束宽波束形成结构,在通信带宽与载波频率的比值约为0.85时,设计得到的宽带波束与期望值间的最大误差小于0.3 dB.

一种鲁棒的中等规模分簇结构水下传感器网络

针对现有水下传感器网络分簇算法负载不均衡和生命周期较短的问题,基于粒子群优化算法和遗传算法的基本思想,提出一种全局优化的智能分簇算法.为了使粒子初始化编码较为合理公平,根据节点近期当选过簇首的次数动态调整节点选举概率;通过对粒子整个编码区域进行循环搜索来捕获一个优良的随机交叉片段,保证了交叉后的粒子含有一定数量的历史较优簇首信息;通过节点编码位的变异提高算法的探索性,并确保解空间的存在性;在粒子评价函数中综合考虑簇首能量、负载均衡和分簇范围3个优化子目标.仿真结果表明,提出的算法更好地均衡了簇首负载,同时有效减少了网络能耗,延长了网络生命周期.