Pattern时延差编码水声通信抗多普勒的差分解码研究

研究了Pattern时延差编码(Pattern Time Delay Shift Coding,PTDS)水声通信的差分解码技术。在移动水声通信中,多普勒频偏会对信号产生时间上的压缩或展宽。差分解码通过测量相邻Pattern的时间差进行时延估计完成译码,克服了多普勒频偏在时间上的累加效应,具有更强的抵抗多普勒能力,为移动水声通信技术的研究打下了基础。仿真实验证明所提出的解码方案简单易行、性能优良。

堤坝检测水下机器人水声定位抗多途干扰方案研究

针对堤坝检测水下机器人在水下定位过程中极易受到由水面、坝体等引起的多途干扰的问题,提出了一种结合时间反转镜(TRM)技术抗多途干扰的水下定位方案。该方案利用时间反转在自由场可以聚焦的特点,在信标模式下通过对定位阵元接收到的信标信号信道估计,虚拟地实现时间反转聚焦抗多途干扰;在应答模式下通过时间反转应答器中接收到的信号,再返回给定位阵元接收,主动地实现时间反转聚焦抗多途干扰。仿真和实验数据表明,采用时间反转聚焦信道多途的作用,改善了信道多途对定位阵元信号检测精度的影响,解决了由多途引起的解算轨迹产生的野点及间断点等问题。

组合式水下等离子体声源控制平台设计

组合式水下等离子体声源作为一种多电极的水下脉冲声源,可以通过电子线路程控发射来实现脉冲声波基频调节和多波束聚焦等功能,因此可用于海洋地震勘探和水声对抗等领域。自主设计和开发了一套组合式水下等离子体声源的智能控制平台,平台由PC机显控软件和硬件控制机箱组成,除可以同时实现对多个水下等离子体声源阵列的基本充放电控制和状态监测外,还可以实现声源装置声波基频可调和能量聚集等控制。控制机箱采用智能集成芯片FPGA及其外围电路来实现各种接口控制和充放电控制,同时加入一些必要的保护电路。采用MFC设计的PC机显控软件能够根据具体需求灵活地设置声源装置充电电压的大小、充电速度的快慢和触发放电方式,同时还能实时监测声源装置充放电过程中的电压和电流变化等情况。经过水池和湖上试验验证,本控制平台能同时控制9个水下等离子体声源通道工作,每个通道的充电电压控制范围为0~25 kV,充电电流控制范围为0~24 mA,拥有单次、齐射、连射和聚焦4种放电触发模式,触发脉冲边沿和间隔分别达到微秒级和毫秒级控制,能够安全有效地进行远程智能控制和实时状态监控。

基于短基线的ROV实时高精度定位系统

为了满足水下探测机器人(ROV)的工作需要,实现其在堤坝、码头及港口等复杂环境的高精度定位,设计并且实现了一种基于短基线的高精度ROV定位系统。该定位系统采用高频宽带调频信号和先进的自动校阵技术来提高定位精度,运用高速处理芯片实时显示定位信息。水池及外场海试等工程实验表明,该系统具有精度高和适应性强的特点,证明该系统技术路线可行且性能可靠。

稀疏贝叶斯学习远近场混合源定位方法

针对远、近场混合源定位,提出一种基于稀疏重构理论框架的远、近场混合源分离和定位算法。该算法充分考虑平面波导向矢量和球面波导向矢量的相关特性,利用远、近场声源在阵列上的响应机理的差异,针对远、近场区域分别构造过完备字典,采用多测量矢量模型下的稀疏贝叶斯学习算法重构远近场混合源的空间谱,同时完成远近场混合源的分离和定位。本文算法可以在半波长间距布放的线列阵下对混合源进行定位,适用于高斯和非高斯信号,且无需信源数和噪声功率等先验信息,并具有较高的分辨力和定位精度·计算机仿真结果验证了算法的有效性。

非均匀波导中的最大声能流透射及鲁棒性分析

以变截面含可穿透散射体波导为模型,理论研究声波在非均匀波导中的最大透射问题.通过耦合简正波理论构建模态域内透射矩阵和水平波数矩阵,推导透射波能流的具体表达式,分析任意入射波的能流透射率随频率的变化,进而讨论任意给定频率下能够产生最大能流透射率的最佳入射波,并给出数组全透射声场算例.最佳入射波仅由可传播模态决定,与衰逝模态无关.利用衰逝模态不携带能流的特性,讨论衰逝模态对产生能流最大透射声场的影响,并分析最大能流透射的鲁棒性.在频率满足一定条件时,全透射声场可能表现出完美鲁棒性.文中所述方法可延伸至多种非均匀波导以分析其中的能流最大透射问题.

基于声矢量自适应干扰抵消的逆波束形成

为得到目标清晰的时间方位历程图,提出了一种将基元域声矢量自适应抵消技术与逆波束形成(IBF)相结合的方法。IBF可以得到窄的主瓣,同时可以提高对邻近目标的方位分辨力,采用声压与振速分量组合(p+vc)作为基元域自适应抵消的参考信号,可避免端射方向不再是探测盲区。对算法进行了海试实验验证,结果表明该方法既能有效地将本艇的固定方位(本艇自噪声)干扰抵消,又可以降低目标的时间方位历程图干扰背景,使时间方位历程更加清晰,同时也可以提高p+vc的抗左右舷模糊性能。

TCM在Pattern时延差编码通信体制中的应用

Pattern时延差(PDS:Pattern time Delay Shift)编码通信体制具有很好的抗多途干扰能力,但传输过程中仍存在一定的误码。为提高该体制的抗噪声能力,将网格编码调制(TCM:Trellis-Coded Modulation)技术与PDS体制结合使用,对信息进行网格编码调制和维特比软判决译码。实验结果证明,该方案抗噪声效果显著,可使PDS体制的抗噪声性能提高3 dB左右。

超短基线纯方位定位的目标搜索航迹规划

超短基线纯方位定位可在缺乏斜距信息的条件下实现对声信标的定位,以实现对丢失声信标的打捞.针对该方法定位误差与测量船航迹有关的问题,探讨了对搜索航迹的规划,以在保证定位精度的条件下提高搜索效率.从两测点纯方位定位模型出发,分析了纯方位定位算法定位误差的空间分布情况,确定了此方法的定位高精度区域.据此分别研究了采用直线航迹与圆弧航迹进行定位的误差特点,将两者的定位性能进行比对后,得出在相同误差条件下圆弧航迹定位精度优于直线航迹的结论,并通过计算机仿真与外场实验进行了验证.最后结合分析结果与两种航迹的大范围搜索效率规划出采用"直线-圆弧"航迹联合搜索定位丢失信标的方案.

复合层合矩形板水下声辐射解析计算

基于一阶剪切形变理论(FSDT),建立四边简支矩形复合层合板水下声辐射解析模型,采用一种基于定积分的方法计算板表面流载声压,以提高辐射声阻抗的运算效率。为验证算法的正确性,将所得结果与数值计算方法进行了对比。1阶剪切形变理论计算结果也与经典层合板理论(CLPT)的计算结果进行了比较,指出其在计算复合层合板声辐射时的优势。最后分析了跨厚比,铺层角度等参数对声辐射的影响,为结构噪声控制提供参考。

水下双工语音通信系统的设计与实现

蛙人语音通信是水声领域研究的热点问题。利用多帧联合处理以及矢量量化技术实现了1.2kbps速率的混合激励线性预测语音压缩编码,为适应水声信道的特点,采用正交频分复用技术对信源进行调制,并加入了同步、信道估计、RS纠错码等相关技术,以TMS320DM642和TLV320AIC23B等芯片为核心搭建硬件平台,设计并实现了一套水下实时双工语音通信系统。水池试验表明,在20 m距离上,合成语音清晰连贯并可分辨出说话人为谁,系统性能稳定。

基于时间反转镜的水声通信方案分析

提出了基于时间反转镜(TRM)的水声通信方案,该方案可在没有任何先验知识的情况下具有自适应匹配声信道的作用.上行通信采用虚拟式时间反转镜,可在接收机中通过数字卷积运算实现时间反转镜;下行通信采用主动式时间反转镜,利用上行通信中接收到的探测码的时间反转作为信息码元载体,有助于减少水下用户端信道均衡设备复杂性并节省功耗.通过仿真,验证了该方案能够有效地抑制声信道多途扩展产生的码间干扰,具有很好的鲁棒性.

矢量信号处理结合DEMON谱的多目标分辨算法

将矢量信号处理技术与DEMON谱分析技术相结合,提出矢量DEMON谱分析方法,利用矢量信息提取DEMON谱并计算线谱方位,再根据线谱方位和各个线谱间频率差分别提取多个目标轴频.该方法不仅可获得更高的处理增益,同时通过声压、振速分频段线谱融合能够得到更加完整的DEMON线谱簇;且在单传感器条件下,应用结合矢量信息的最大公约数算法,能够提取多目标的轴频特征、分辨不同目标并测量方位.仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性.

聚焦波束形成的一阶零点约束权

为解决由于强亮点源(以下称为干扰)的存在影响对弱亮点源(以下称为目标)的测量和分析,甚至无法得到弱目标噪声源声图的问题,给出了一种聚焦波束形成的零阶和一阶导数共同约束的零陷权(以下称为一阶零点约束权).该权可以在任意给定的多个位置形成零点,取得目标的位置和波形,并抑制干扰的旁瓣,且仅取决于干扰的位置,无需实时解算,运算量小、稳健性高.不同信噪比和信干比条件下,单个和多个干扰的仿真结果表明,该算法在常规的聚集波束形成无法得到目标噪声源声图的情况下,可以在单个或多个干扰位置形成零点,得到目标噪声源的声图.