虚拟时间反转镜Pattern时延差编码水声通信

提出虚拟时间反转镜(VTRM)算法,并基于Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,研究了VTRM在水声通信中的应用。PDS水声通信体制利用Pattern码元出现在码元窗的时延差值进行时延编码,具有稳健的通信性能。虚拟时间反转镜技术具有空间聚焦和信道均衡的性质,将其应用于PDS体制水声通信中,较时间反转镜(TRM)简单易行却又具有TRM的性质。计算机仿真结果表明,VTRM有效地抑制了水声信道严重的多途扩展对Pattern波形的畸变,提高了通信质量。

基于虚拟时间反转镜的水声OFDM信道均衡

针对水声信道对正交频分复用(OFDM)系统带来的符号间干扰(ISI)问题,提出了虚拟时间反转镜(VTRM)信道均衡算法,该算法具有时间压缩特性和频域相位共轭特性,可以有效缩短信道长度,减小多途信道带来的相位畸变,采用匹配追踪(MP)算法估计信道冲激响应,可以精确地估计出水声信道的幅度、时延和相位信息,为虚拟时反信道均衡提供准确的信道信息,改进了传统匹配相关信道估计方法估计精度低、无法估计信道相位信息的缺点。仿真、水池和湖上实验结果表明,OFDM水声通信系统中,VTRM信道均衡技术性能优于被动时反镜(PTRM)信道均衡和最小平方(LS)信道均衡。

基于虚拟时间反转聚焦的管道超声导波检测新方法

针对现有时间反转聚焦方法所需的多通道同步激励与接收装置在实验室与工程应用中成本高且难以实现的问题,提出利用单通道设备多次采集足够的信号并通过信号处理等效实现多通道同步激励-接收效果的虚拟时间反转聚焦方法,它是一种新型的超声导波聚焦方法。采用有限元仿真手段对比该方法与现有时间反转聚焦方法的聚焦效果,通过试验验证该方法在实际检测中应用的可能性。针对2 m长114 mm外径的钢制管道,通过有限元仿真与试验获取的数据,利用超声导波虚拟时间反转聚焦方法对管道上一个人工缺陷进行了聚焦检测。结果表明,与聚焦前的缺陷信号相比,聚焦后的缺陷信号的归一化幅度提高6倍,信号波包外形也有明显改善;同时,该方法在不提高对仪器设备要求的情况下,能够有效地将超声导波管道检测缺陷信号的信噪比从0.033 6提高到2.165 6,进而提高了超声导波对小缺陷的检测能力。

基于虚拟时间反转的空气耦合超声板材腐蚀缺陷概率损伤成像

为达到导波非接触式自动化检测,基于空气耦合超声检测技术,利用A0模态lamb波对铝板中预置的0.5 mm和1 mm深度的凹槽模拟的腐蚀缺陷进行正交扫查以获取缺陷的位置信息,分别以lamb波波包的能量和lamb波虚拟时间反转重构信号与原始信号的相关系数为损伤指数来表征缺陷大小,最后基于概率损伤成像方法,使用全乘法对缺陷损伤指数进行融合成像。成像结果显示使用虚拟时间反转算法成像结果要比常规的能量算法成像效果好,结果显示缺陷的位置和形状与实际情况较吻合,对缺陷的深度有较好的区分能力。

虚拟时间反转镜PDS水声通信双向均衡方案

虚拟时间反转镜(Virtual Time Reversal Mirror,VTRM)引导了空间聚焦和信道均衡,将其应用在Pattern时延差编码(Pattern Time Delay Shift Coding,PDS)水声通信体制,构成VTRM-PDS系统,可增强抗多途干扰的能力。但当通信节点间存在缓慢运动,即信道缓慢时变时,在一帧信号中,信道均衡的效果会随时间逐渐降低,产生失配现象。提出了双向均衡方案,在没有信道先验知识的前提下,通过前向和后向信道均衡,充分利用探测信号和信道信息,提高了信道均衡效果。湖试结果证明了该方案的优越性。

基于虚拟时间反转镜的噪声源近场定位方法研究

通过辐射噪声源的空间分布,确定主要噪声源的位置,从而为减震降噪提供有力依据。在近场条件下,辐射噪声源往往不可再被视为点源处理。本文通过聚焦波束形成的聚焦声图技术,建立了近场线列阵定位模型,它可以对空间多目标进行定位,因此有效解决了非点源目标的辐射噪声源定位问题。在浅海,水声信道可看作是相干多途信道,由于多途的影响,声图很容易出现"多峰""伪峰"以及高的旁瓣级,使定位性能受到很大影响。本文采用虚拟时间反转镜技术,充分利用近场条件下信道特征与各信源到基阵相对位置之间的关系,有效对非点源目标的信道进行准确估计,并能良好匹配实际信道。最后通过仿真和实测数据分析,充分验证了这种方法的有效性。

非正交多址光通信系统信道均衡的虚拟时反方法

室内非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)可见光通信系统(visible light communications, VLC)可实现高速率多用户通信,但多径效应会造成通信可靠性及用户公平性明显下降,为此,提出一种虚拟时间反转技术(virtual time reversal mirror, VTRM)对NOMA-VLC进行信道均衡,消除多径效应对通信过程的影响。分析了多用户场景下室内NOMA-VLC系统模型及其通信光链路的特性,依据光链路增益的稀疏特性采用稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法,估计NOMA-VLC系统的信道冲激响应(channel impulse response, CIR)。在此基础上,采用VTRM方法对NOMA-VLC进行信道均衡,通过VTRM的时空聚焦特性减少信道衰落影响,并重构接收信号,抑制多径效应。理论分析和实验结果表明:经论文算法均衡后的NOMAVLC系统,在满足前向纠错(forward error correction,FEC)误码率阈值的同时,用户1性能提高了4.4 dB,用户2性能提高了5.7 dB,两用户平均性能提高了5.05 dB,用户间性能差异由1.6 dB降为0.5 dB,为NOMA-VLC信道均衡提供了有效的解决方案。

浅海信道下的时间反转MFSK水声通信

MFSK(Multiple frequency shift keying)水声通信具有实现简单方便、性能稳健等优点,但在浅海信道较为严重的信道多径条件下其性能受到很大影响.虚拟时间反转镜(Virtual time reversal mirror,VTRM)可通过空间-时间聚焦有效抑制信道多径,已广泛应用于相干水声通信系统.提出将虚拟时间反转镜引入浅海信道MFSK水声通信中进行多通道时反处理抑制多径,并采用下变频处理有效降低了MFSK系统中时反处理的运算复杂度,同时通过对探针信号进行逐帧更新增强对信道时变的适应能力.浅海信道海试实验结果证实了本文方案的有效性.

时间反转镜在水声通信网上行通信中的应用

基于声信道物理属性,提出利用位于不同水平距离、深度的用户间声信道弱相关特性,将单阵元虚拟式时间反转镜(VTRM)应用于水声通信网的上行通信,可以聚焦期望用户信息、屏蔽非期望用户信息,并可抑制码间干扰、提高信噪比.仿真研究表明,当各用户信道间互相关性弱时,单阵元VTRM可有效分离各用户信息,有助于实现网络化水声通信.

虚拟时反镜在水声被动测距中的应用

水声信道多途干涉使被动测距产生偏差,接收信号的自相关输出波形含有信道冲激响应结构的信息,本文提出通过简化模型可估计出信道冲激响应,并将其时间反转构造一前置预处理器,可实现虚拟时间反转镜(VTRM),虚拟时反镜可获得时间、空间上的自适应聚焦效果,克服多途干涉对被动测距的影响,并且实现简单,可实时对目标进行测距,通过计算机仿真研究,验证VTRM技术可匹配声信道,提高被动测距的精度．

低复杂度水声多输入多输出正交时频空调制通信方法研究

在多输入多输出正交时频空调制(MIMO-OTFS)水声通信系统中,基于消息传递(MP)算法的MIMO-OTFS通信的计算复杂度较高,在实际应用中会增加设备成本。针对上述问题,该文提出一种基于2维虚拟时间反转镜(VTRM)的MIMO-OTFS均衡算法,该算法利用VTRM的时频空聚焦特性,有效提高了均衡性能,并通过改进的2维比例归一化最小均方(IPNLMS)算法进行信道估计,该算法利用时延-多普勒域信道的稀疏特性以较低的复杂度提高了收敛速度,最后通过2维自适应判决反馈均衡算法消除残余的码间串扰,进一步提高系统性能。仿真结果表明,所提均衡算法具有可行性,且在保证相同性能时,复杂度低于MP算法。

基于水平阵的柱面声源高分辨时反聚焦定位方法

针对浅海条件下利用水平阵对水下目标进行噪声源近场高分辨定位会受海面、海底形成的多途效应影响,致定位结果具有严重的背景起伏甚至出现虚假目标问题,在建立水平阵近场柱面聚焦测量模型基础上,分别研究适用于单频线及宽带连续谱信号的水平阵柱面聚焦定位方法,即将幅度补偿引入MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)近场聚焦波束形成中,充分利用声波幅度信息及相位信息,并据基于射线理论的虚源法建立水声相干多途信道模型与静态介质中波传播的互易性及时反不变性,生成与水声信道特征信息相匹配的空间聚焦导向矢量。结果表明,该方法可有效克服多途效应影响,实现柱面声源高分辨定位。

垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究

时间反转被动定位技术是一种可以在无需目标合作的条件下,实现被动相干源能量时空自适应聚焦,确定浅海被动目标位置的信号处理技术。提出了垂直阵时反被动定位(APTRM)技术的具体实现方法,为提高算法的处理增益、定位精度和定位稳健性,对算法进行了改进。进行了水池实验和海试,试验结果验证了所提算法的正确性和实用性。研究结果表明:有各向同性干扰时,利用各阵元互相关综合的实现方法具有更强的噪声抑制能力;存在环境失配时,改进算法可有效减少聚焦伪峰,明显确定目标的真实位置,具有较高的稳健性和抗环境干扰能力。

聚焦波束形成声图近场被动定位技术仿真研究

介绍了一种近场高精度被动定位方法——聚焦波束形成声图定位。针对全方位扫描声图定位计算量大的问题,提出了先利用中阵测向再对测得方位附近小角度进行扫描的方法,可有效减少计算量;针对单一频段存在声干涉现象提出了分频段融合的方法,可有效抑制因阵形产生的声干涉,降低声图旁瓣;为了克服多途干涉对声图质量的影响,分别采用了虚拟时间反转镜和虚阵抗多途测量技术,均能很好地抑制多途。以水平线阵为模型的仿真结果表明,聚焦波束形成技术能够实现被动目标的近场高精度定位。

基于VTR-PLFM扩频调制的移动水声通信方法

针对移动水声通信中多径效应、多普勒效应严重的问题,提出了基于虚拟时间反转-分段式线性调频(VTR-PLFM)扩频调制的移动水声通信方法,来同时对抗多普勒和多径干扰。首先利用分段式线性调频(PLFM)信号对发送信号进行正交扩频调制,因PLFM信号可以抗宽带多普勒频移,系统可以不进行多普勒频移补偿;同时利用虚拟时间反转(VTR)技术聚集多径信号的能量,削弱多径的影响,提升系统性能;此外,由于PLFM信号良好的相关性,进一步结合频分复用技术,可有效提升频谱的利用率,提高系统的通信速率。仿真验证了PLFM系统自身的抗多普勒频移特性及VTR技术的引入可有效改善系统性能,并且在较低信噪比和较高数据率下,PLFM系统有较低的误码率。外场试验验证了所提方法的可行性。